Sodio, potassio e zinco sono stati tutti contendenti promettenti per il posto del litio nelle batterie ricaricabili del futuro, ma i ricercatori del Worcester Polytechnic Institute (WPI) hanno aggiunto un concorrente insolito e più abbondante al mix: il cloruro, il più ricco di ioni caricati negativamente nell’acqua di mare .
Xiaowei Teng, James H. Manning, professore di ingegneria chimica al WPI, ha scoperto una nuova chimica redox potenziata dagli ioni di cloruro per lo sviluppo di batterie verdi ad acqua di mare.
Le moderne batterie agli ioni di litio utilizzate in varie applicazioni, compresi i veicoli elettrici, possono essere problematiche per lo stoccaggio in rete, dato il loro costo elevato e la dipendenza da materiali critici, come cobalto, nichel e litio, nonché la loro limitata disponibilità geografica. Ad esempio, sei paesi possiedono oltre l’85% delle riserve di litio sul terreno.
Teng e i suoi collaboratori di ricerca – Heath Turner, professore di ingegneria chimica e biologica presso l’Università dell’Alabama, e Lihua Zhang, Milinda Abeykoon, Gihan Kwon, Daniel Olds, tutti ricercatori del Brookhaven National Laboratory di New York – sono andati oltre il limiti dell’attuale tecnologia delle batterie verdi sfruttando gli ioni di cloruro per potenziare la chimica redox dei materiali delle batterie all’ossido di ferro.
Teng e i suoi colleghi hanno riferito sulla nuova chimica della batteria in “L’inserzione di cloruro migliora l’ossidazione elettrochimica dell’idrossido di ferro Idrossido a doppio strato in ossiidrossido nelle batterie alcaline al ferro,” un articolo pubblicato sulla rivista American Chemical Society Chimica dei materiali ed evidenziato nella seconda di copertina.
Questo studio ha rivelato che l’inserimento di ioni cloruro nel doppio idrossido a strati Fe(OH)2 formava un materiale cristallino intermedio Green Rust, che assisteva una reazione di conversione Fe(OH)2/FeOOH con trasferimento di una carica e migliorava la stabilità ciclica. Questa nuova chimica redox del ferro è stata scoperta ed esaminata nel laboratorio WPI. Teng e il suo studente laureato Sathya Narayanan Jagadeesan, che è l’autore principale dell’articolo, si sono recati ulteriormente al Department of Energy User Facilities presso il Brookhaven National Laboratory per condurre esperimenti per convalidare i risultati utilizzando operandoDiffrazione di raggi X di sincrotrone e mappatura elementare ad alta risoluzione.
Teng e il suo team WPI hanno realizzato una batteria acquosa, un piccolo prototipo su scala di laboratorio che funzionava nell’elettrolita a base d’acqua, utilizzando elettrodi costituiti principalmente da elementi abbondanti come ossidi di ferro e idrossidi. Sebbene il team non abbia calcolato il costo, l’uso di materiali abbondanti sulla terra dovrebbe far pendere la bilancia a loro favore, afferma Teng. Gli Stati Uniti producono oltre 15 milioni di tonnellate di rottami di ferro che non vengono riciclati ogni anno, molti dei quali esistono sotto forma di ruggine. Pertanto, la chimica delle batterie ricaricabili al ferro alcalino segnalate aiuta a riutilizzare i materiali di scarto della ruggine di ferro per il moderno accumulo di energia.
La ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell’Energia (DOE).
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