Con il recente aumento dello sviluppo del peso leggero, portatile, elettronica flessibile e indossabile per dispositivi sanitari e biomedici, c'è un urgente bisogno di esplorare nuove fonti di energia con maggiore flessibilità e adattabilità umana/tessuto. Ora, i ricercatori hanno progettato batterie metallo-aria di nuova generazione, che può essere facilmente fabbricato in celle flessibili e simili a braccialetti. Sebbene richiedano un ulteriore sviluppo prima di essere pronti per il mercato, gli studi attuali hanno stabilito solide prove che questi dispositivi potrebbero fornire enormi opportunità per la prossima generazione di dispositivi flessibili, fonti di energia indossabili e bio-adattabili.

"Teoricamente, le batterie Mg-aria a base di elettrolita neutro presentano potenziali vantaggi nelle applicazioni biomediche rispetto ad altre controparti metallo-aria a base alcalina, "dice il dottor Chong Cheng, un ricercatore AvH e uno specialista in nanomateriali di carbonio presso il Dipartimento di Chimica della Freie Universität Berlin (Germania). Però, l'applicazione convenzionale delle batterie Mg-aria ha affrontato diverse sfide, uno dei quali è la cinetica lenta della reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) nel catodo dell'aria. Attualmente, la progettazione razionale di elettrodi di ossigeno avanzati per batterie Mg-aria con alta tensione di scarica e capacità in condizioni neutre rimane ancora una grande sfida. Fino ad ora, i ricercatori non hanno realizzato la sintesi scalabile dell'elettrocatalizzatore di ossigeno a base di carbonio integrato con un'elevata attività catalitica ORR, strutture mesoporose aperte e interconnesse, e canali porosi 3-D per il catodo ad aria.

Per superare l'attuale limitazione sulla cinetica di reazione lenta dei catodi ad aria nelle batterie Mg-aria, Il dott. Chong Cheng della Freie Universität di Berlino e il dott. Shuang Li della Technische Universität di Berlino hanno ottenuto una sintesi scalabile di Fe-Nx atomico accoppiato a nanofibre di carbonio drogate con N mesoporose aperte come elettrodo di ossigeno avanzato per batterie Mg-aria.

"Ispirato dalle strutture fibrose delle corde di bufo-spawn, abbiamo progettato una nuova strategia di fabbricazione basata sull'elettrofilatura di una soluzione di nanoaggregati di silice ramificata in poliacrilonitrile e un rivestimento secondario e la carbonizzazione di uno strato sottile di strutture imidazolate zeolitiche drogate con Fe, che conferiscono alle nanofibre di carbonio fabbricate una struttura mesoporosa aperta e siti catalitici atomici Fe-Nx accoppiati in modo omogeneo, " hanno detto i ricercatori.

L'elettrocatalizzatore di ossigeno ottenuto e il catodo ad aria costruito di conseguenza mostrano molteplici vantaggi, che includono strutture interconnesse e reti gerarchicamente porose 3D per la diffusione di ioni/aria, buona bio-adattabilità, ed elevate prestazioni elettrocatalitiche di ossigeno per elettroliti sia alcalini che neutri. Più importante, le batterie Mg-aria assemblate con elettroliti neutri rivelano un'elevata tensione a circuito aperto, plateau stabili della tensione di scarica, alta capacità, lunga vita operativa, e buona flessibilità.

Le batterie Mg-aria non sono ancora pronte per dispositivi elettronici e biomedici commerciali, ma quel futuro sembra un po' più vicino. "Riteniamo che questo nuovo elettrodo per ossigeno possa soddisfare le sfide e le esigenze urgenti di catodi ad aria efficienti nelle batterie Mg-aria con elettroliti neutri, ma c'è ancora bisogno di più lavoro, " dice il prof. Rainer Haag.