Le nostre moderne batterie ricaricabili, come le batterie agli ioni di litio, sono tutt’altro che sostenibili. Un’alternativa sono le batterie organiche con materiali per elettrodi redox-organici (OEM), che possono essere sintetizzati da materiali naturali “verdi”. Nel diario Angewandte Chemieun team cinese ha ora introdotto un nuovo OEM per batterie organiche acquose ad alta capacità che possono essere riciclate facilmente ed economicamente.
I tradizionali materiali per elettrodi inorganici nelle batterie commerciali comportano un intero spettro 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 una transizione energetica.
Le batterie organiche con gli OEM sono ancora all’inizio della loro lunga strada verso l’applicazione pratica. Un team guidato da Chengliang Wang della Huazhong University of Science and Technology ha ora compiuto un passo significativo in questa direzione. L’obiettivo è utilizzare gli OEM nelle batterie con elettroliti acquosi. Questi sono “più ecologici”, più sostenibili e meno costosi degli elettroliti organici convenzionali nelle batterie agli ioni di litio.
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 a un’elevata capacità. Analisi approfondite hanno dimostrato che, durante il processo di scarica, l’azobenzene viene convertito in idroazobenzene dopo aver assorbito due degli elettroni, attraverso il legame rapido e reversibile di due protoni (H+). 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 potrebbero essere riutilizzati direttamente come OEM senza perdita di capacità.
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