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I ricercatori offrono un’alternativa economica e sostenibile alle batterie agli ioni di litio

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Credito: Unsplash/CC0 di dominio pubblico

Le preoccupazioni per la scarsità, i prezzi elevati e la sicurezza per quanto riguarda l’uso a lungo termine delle batterie agli ioni di litio hanno spinto un team di ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute a proporre un’alternativa di stoccaggio dell’energia più verde, più efficiente e meno costosa.

In una ricerca pubblicata di recente in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS), l’autore corrispondente Nikhil Koratkar, il professore di ingegneria John A. Clark e Edward T. Crossan presso Rensselaer, e il suo team, affermano che gli ioni di calcio potrebbero essere utilizzati come alternativa agli ioni di litio nelle batterie a causa della loro abbondanza e del basso costo .

“La stragrande maggioranza dei prodotti con batterie ricaricabili si basa sulla tecnologia agli ioni di litio, che è il gold standard in termini di prestazioni”, ha affermato il dott. Koratkar. “Tuttavia, il tallone d’Achille per la tecnologia agli ioni di litio è il costo. Il litio è una risorsa limitata sul pianeta e il suo prezzo è aumentato drasticamente negli ultimi anni. Stiamo lavorando su una chimica della batteria economica, abbondante, sicura e sostenibile che utilizza ioni calcio in un elettrolita acquoso a base d’acqua.”

Mentre le dimensioni maggiori e la maggiore densità di carica degli ioni calcio rispetto al litio compromettono la cinetica di diffusione e la stabilità ciclica, il Dr. Koratkar e il suo team offrono strutture di ossido contenenti grandi spazi aperti (canali ettagonali ed esagonali) come soluzione prospettica. Nel loro lavoro, viene dimostrata una batteria acquosa di ioni di calcio che utilizza polimorfi ortorombici e trigonali di ossido di vanadio di molibdeno (MoVO) come ospite per gli ioni di calcio.

“Lo ione calcio è bivalente, e quindi l’inserimento di uno ione fornirà due elettroni per ione durante il funzionamento a batteria”, spiega il dott. Koratkar. “Ciò consente una batteria altamente efficiente con massa e volume ridotti di ioni calcio. Tuttavia, la maggiore carica ionica e le dimensioni maggiori degli ioni calcio rispetto al litio rendono molto difficile inserire ioni calcio negli elettrodi della batteria. Superiamo questo problema sviluppando una classe speciale di materiali chiamati ossidi di molibdeno vanadio che contengono grandi canali o tunnel di forma esagonale ed ettagonale che attraversano il materiale”.

Il team ha dimostrato che gli ioni calcio possono essere inseriti ed estratti rapidamente dal materiale, con questi tunnel che fungono da “condotti” per il trasporto di ioni reversibile e veloce e i risultati indicano che MoVO fornisce una delle migliori prestazioni finora riportate per lo stoccaggio del calcio ioni.

“Le batterie agli ioni di calcio potrebbero un giorno, in un futuro non molto lontano, sostituire la tecnologia agli ioni di litio come la chimica delle batterie preferita che alimenta la nostra società”, spiega il dott. Koratkar. “Questo lavoro può portare a una nuova classe di batterie a base di calcio ad alte prestazioni che utilizzano materiali abbondanti e sicuri sulla Terra e sono quindi convenienti e sostenibili. Tali batterie potrebbero trovare un uso diffuso nell’elettronica portatile e di consumo, nei veicoli elettrici e nella rete e stoccaggio di energia rinnovabile.”


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