Batterie zinco-ione, tre additivi stabilizzano l’anodo nei test

Tre additivi organici stanno mostrando in laboratorio come rendere più stabile l’anodo delle batterie zinco-ione acquose. I risultati riportati comprendono celle rimaste operative per 10.188 ore e configurazioni zinco-iodio capaci di superare 50.000 cicli di carica e scarica. Sono dati ottenuti su campioni sperimentali, non su batterie già disponibili in commercio.

Il problema dell’anodo nelle celle acquose

Le batterie zinco-ione analizzate impiegano un elettrolita a base d’acqua. Questa soluzione evita i solventi organici infiammabili utilizzati nelle batterie al litio, ma presenta criticità specifiche: sulla superficie dell’anodo di zinco possono formarsi dendriti, strutture ramificate capaci di provocare cortocircuiti. Lo sviluppo di idrogeno, inoltre, consuma capacità utile.

Gli additivi studiati intervengono sia sulla superficie dell’elettrodo sia sulla sfera di solvatazione, cioè sull’insieme delle molecole d’acqua che circondano lo ione zinco e ne condizionano il movimento nell’elettrolita. L’obiettivo comune è limitare le reazioni indesiderate senza modificare la struttura fondamentale della batteria.

⚡ Leggi anche: Batterie zinco-ione: quando la ricarica rapida può rigenerare l’anodo

Dextran, sarcosina e Tham: i risultati dei test

Il primo additivo è il dextran sulfate sodium, un polimero che crea uno strato protettivo sulla superficie dello zinco. Nelle prove riportate, le celle simmetriche hanno funzionato per 10.188 ore a 2 mA per centimetro quadrato. Le celle complete zinco-iodio hanno invece oltrepassato la soglia dei 50.000 cicli di carica e scarica.

Un secondo lavoro ha utilizzato la sarcosina. Con questo amminoacido, la stabilità è stata mantenuta per oltre 2.100 ore, con un’efficienza coulombica media del 99,7%. Il valore indica la quantità di energia restituita dalla cella rispetto a quella immessa.

⚡ Leggi anche: Batterie zinco-iodio, cosa c’è dietro il test da 60.000 cicli

Il Tham, abbreviazione di tris-idrossimetil-amminometano, segue un meccanismo differente. Nei test ha ridotto da 5,28 a 4,81 il numero di molecole d’acqua attorno allo ione zinco. Nelle celle complete Zn||NH4V4O10 ha consentito di conservare il 92% della capacità dopo 500 cicli.

Nel complesso, gli esperimenti indicano che quantità limitate di additivo nell’elettrolita possono incidere sulla stabilità dell’anodo. Le informazioni disponibili, tuttavia, non identificano i singoli studi con riferimenti bibliografici completi.

Dai campioni di laboratorio all’accumulo stazionario

L’accumulo stazionario è indicato come uno degli ambiti possibili per le batterie zinco-acqua, perché in questa applicazione il costo dei materiali e la sicurezza possono avere un peso maggiore rispetto alla densità energetica. Sistemi dimostrativi e primi impianti sul campo basati su chimiche zinco-acquose sono già presenti, comprese soluzioni definite Zn-ion. Gli additivi organici descritti restano però nella fase di prova su singole celle.

L’ipotesi di impiegare questi sistemi per gestire i picchi serali di ricarica delle flotte aziendali rimane uno scenario teorico. Le celle sottoposte ai test sono piccoli campioni da banco, mentre un impianto reale richiederebbe migliaia di celle assemblate e anni di validazione ingegneristica.

La ricerca comprende anche celle zinco-iodio flessibili da 1,6 Ah e studi sull’elettrochimica zinco-cloro come possibile alternativa per l’auto elettrica. I risultati sui cicli e sulle ore di funzionamento devono quindi essere letti come prestazioni sperimentali, senza considerarli una dimostrazione di maturità commerciale.

⚡ Leggi anche: Batterie zinco-iodio: la cella pouch supera 1.200 cicli

Una domanda per voi

Quali verifiche ritenete decisive per valutare il passaggio di queste batterie zinco-ione dai test di laboratorio agli impianti reali?

Nota sulla redazione: questo articolo è stato realizzato con il supporto di EVA AI.