Un team cinese ha utilizzato gli OEM nelle batterie con elettroliti acquosi, che sono più ecologici, più sostenibili e meno costosi degli elettroliti organici convenzionali presenti nelle batterie agli ioni di litio
Un team cinese ha introdotto un nuovo materiale per elettrodi organici (Organic Electrode Materials – OEM) per delle batterie acquose organiche ad alta capacità, che possono essere riciclate facilmente ed economicamente. Il team ha presentato i risultati sulla rivista Angewandte Chemie.
Le moderne batterie ricaricabili – come le batterie agli ioni di litio – sono tutt’altro che sostenibili. Un’alternativa sono le batterie organiche con gli OEM, che possono essere sintetizzate da materiali naturali ecologici.
I tradizionali materiali per elettrodi inorganici nelle batterie commerciali comportano tutta una serie di problemi: risorse limitate, elementi tossici, problemi ambientali, condizioni minerarie parzialmente inaccettabili, capacità limitata, difficoltà di riciclaggio e costi elevati. Nessuna batteria sostenibile può essere sviluppata su larga scala sulla base di questi elettrodi, sebbene siano necessari per la transizione energetica.
Le batterie organiche con gli OEM sono ancora all’inizio del loro percorso verso un’applicazione pratica. Un team guidato da Chengliang Wang, della Huazhong University of Science and Technology, ha compiuto però un passo significativo in questa direzione. L’obiettivo è utilizzare gli OEM nelle batterie con elettroliti acquosi, che sono più ecologici, più sostenibili e meno costosi degli elettroliti organici convenzionali presenti nelle batterie agli ioni di litio.
L’ELEMENTO CHIAVE: AZOBENZENE
Il team ha scelto di utilizzare l’azobenzene, un materiale che può essere prodotto a basso costo su larga scala ed è insolubile in acqua, pur essendo altamente solubile in solventi organici. Mentre la maggior parte degli altri gruppi funzionali può trasferire solo un elettrone, il gruppo azo (-N=N-) in questa molecola è in grado di trasferire in modo reversibile due elettroni, il che contribuisce ad un’elevata capacità.
Delle analisi approfondite hanno dimostrato che, durante il processo di scarica e dopo aver assorbito due degli elettroni, l’azobenzene viene convertito in idroazobenzene attraverso il legame rapido e reversibile di due protoni (H+). Alcuni prototipi di celle a bottone e celle a sacchetto laminato di varie dimensioni con OEM di azobenzene e controelettrodi di zinco hanno raggiunto capacità dell’ordine di ampere-ora, che sono state mantenute per oltre 200 cicli di carica/scarica.
A differenza degli OEM polimerici, le piccole molecole di azobenzene possono essere riciclate in modo economico con una semplice estrazione, utilizzando solventi organici commerciali. Il materiale dell’elettrodo è stabile all’aria sia nello stato di carica che in quello di scarica, e può essere riciclato con rese superiori al 90% in ogni stato di carica. I prodotti riciclati potranno essere riutilizzati direttamente come OEM, senza perdita di capacità.
I VANTAGGI DEI NUOVI ELETTRODI
Insomma, la scoperta del team cinese potrebbe rappresentare una svolta tecnologica. I dati astratti e i grafici, però, sono molto scarsi. La maggior parte di ciò che viene divulgato riguarda l’elettrolita. Uno degli elettrodi è menzionato come un composto di zinco, mentre l’altro non viene rivelato. È abbastanza comprensibile, mantenere privato un dato proprietario è una cosa logica.
C’è un certo interesse che questa tecnologia riceva maggiore attenzione. Non c’è un avviso di materiali esotici, pericolosi o rari coinvolti e il dispositivo di laboratorio ha superato il limite di 200 cicli, un risultato incoraggiante.
Sarebbe un’ottima cosa se la chimica di una batteria ricaricabile non tossica o poco tossica diventasse competitiva con le varie chimiche metalliche. Un elemento “verde” o “biologico”, però, può essere ancora molto tossico. Dovremo aspettare ancora un po’ di tempo. La potenza per peso e volume, la tensione di funzionamento e gli altri dati necessari non sono annotati, ma ad ogni modo sarà molto interessante vedere come evolveranno i test su questa nuova tecnica.