Come sviluppare batterie multivalenti migliori

Una tabella di marcia per la ricerca di soluzioni di accumulo di energia su larga scala.

di Lisa Ovi

Le batterie agli ioni di litio offrono un’elevata densità energetica per l’alimentazione di dispositivi di ogni genere, dai telefoni cellulari ai computer portatili, ai veicoli elettrici, ma di fronte alla necessità di immagazzinare energia su larga scala, servono alternative meno costose e più facilmente reperibili del litio. Una possibilità è offerta dalle batterie multivalenti, che fanno uso di metalli meno rari.

Ricercatori della University of Houston hanno esaminato lo stato attuale della ricerca sulle batterie agli ioni di metalli multivalenti e pubblicato una tabella di marcia per il futuro su Nature Energy.

Secondo gli autori dello studio, Yan Yao, professore associato, e Yanliang Liang, assistente di ricerca, del dipartimento di ingegneria elettrica ed informatica presso la UH, le soluzioni più promettenti si basano sull’utilizzo di magnesio, calcio, zinco e alluminio, ma sono ancora lontane dal soddisfare i requisiti pratici di una batteria.

La recensione chiarisce pro e contro delle batterie a base di metalli multivalenti, studiate più come soluzioni al problema dello stoccaggio dell’energia su larga scala, che come articoli sostitutivi per le batterie al litio. Vengono prese in considerazione anche la necessità di proteggere le batterie dalla corrosione e possibili strategie di progettazione per abilitare materiali per lo stoccaggio dell’energia a base di ioni metallici multivalenti con prestazioni competitive.

Grazie al fatto che condividono molti dei principi funzionali con le batterie agli ioni di litio, le batterie multivalenti potrebbero essere rapidamente adottate dall’industria. I ricercatori hanno anche fornito una rivalutazione della densità energetica di cui queste batterie potrebbero essere capaci, con l’obiettivo di determinarne meglio un loro possibile ruolo nel campo dello stoccaggio dell’energia.

Nella loro analisi, i ricercatori rilevano la difficoltà di trovare buoni materiali catodici, in quanto il meccanismo di accumulo ionico dei catodi a batteria multivalente è molto più complicato, e spesso male interpretato, rispetto alla sua controparte agli ioni di litio. Fondamentale alla sicurezza e densità energetica di queste batterie è l’utilizzo diretto dei metalli in veste di anodi, ma serve altra ricerca per assicurare la loro funzionalità. Sono ancora da consolidare anche approfondimenti sulle soluzioni elettrolitiche e sui fenomeni interfacciali ad esse associati.

In sintesi, i ricercatori suggeriscono di:
– approfondire lo studio sul comportamento di crescita degli anodi metallici, allo scopo di verificare le condizioni di sicurezza delle batterie multivalenti.
– sviluppare pratiche che possano valutare correttamente la compatibilità tra anodi metallici e soluzioni elettrolitiche, nonchè l’efficacia dei rivestimenti di protezione.
– sviluppare procedure e tecniche che possano interpretare correttamente il meccanismo di accumulo ionico sul catodo.
– realizzare approcci per la progettazione di materiali catodici migliori

Una tabella di confronto rivela che nessuno dei componenti realizzati – anodo metallico, elettrolita e materiali catodici – in alcuno degli elementi metallici multivalenti è pronto ad essere messo in commercio in sostituzione del litio, nonostante la ricerca su alcuni sia più progredita che per altri.

(lo)

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