Gli ossidi stratificati possono costituire la base di materiali ad alte prestazioni per gli elettrodi delle batterie. Un team KAUST ha sviluppato una tecnica semplice ed economica che crea questo elemento cruciale per le celle ricaricabili agli ioni di zinco.

Le batterie agli ioni di litio alimentano la maggior parte dei nostri dispositivi elettronici di tutti i giorni, come telefoni cellulari e computer portatili. Ma c'è una crescente necessità di immagazzinare energia su scale molto più grandi, come trattenere l'elettricità generata dalle celle solari per l'uso notturno. Il ridimensionamento della tecnologia delle batterie agli ioni di litio fino a un'applicazione di livello industriale è costoso e presenta seri problemi di sicurezza, compresa la tossicità e l'infiammabilità degli elettroliti.

Il gruppo, guidato da Husam Alshareef, sta invece sviluppando batterie agli ioni di zinco che utilizzano un elettrolita a base d'acqua, che ha i vantaggi di essere stabile all'aria, sicuro, ecologico ed economico. "Le batterie acquose a base di ioni di zinco possono offrire un servizio più sicuro, soluzione economica alle batterie agli ioni di litio per lo stoccaggio in rete, " dice Alshareef. "Inoltre, usano materiali più rispettosi dell'ambiente rispetto alle batterie al piombo."

Le batterie agli ioni di litio e zinco funzionano immagazzinando elettricamente ioni in un elettrodo. Durante la ricarica, gli ioni scorrono attraverso un elettrolita da un elettrodo all'altro, dove vengono catturati da un processo noto come intercalazione. Ciò significa che i materiali degli elettrodi sono fondamentali per ottimizzare le prestazioni di una batteria.

Una famiglia di materiali che ha mostrato molte promesse nella recente ricerca sulle batterie agli ioni di zinco è costituita dai composti a base di vanadio. Questi materiali hanno una struttura a cristalli atomici stratificata e molto aperta con molti spazi per intrappolare e immagazzinare ioni di zinco.

Il team ha ora sviluppato un approccio a microonde per sintetizzare rapidamente pirovanadato di zinco ultra lungo (catodi Zn3V2O7(OH)2·2H2O). Hanno mescolato Zn(NO3)2·2H2O con polvere commerciale NH4VO3, ciascuno disciolto in acqua deionizzata, e radiazione a microonde applicata per indurre una reazione. Il materiale risultante è stato poi essiccato prima di essere utilizzato in una batteria.

Questa batteria agli ioni di zinco, Loro mostrano, può raggiungere una densità energetica fino a 214 wattora per chilogrammo, che è molto più alto rispetto alle batterie acquose agli ioni di zinco e alle batterie al piombo commerciali precedentemente riportate, con stabilità migliorata.

Il team ritiene che la loro tecnica a microonde potrebbe essere utile anche per creare altri composti metallici di pirovanadato, spiega Chuan Xia, dottorato di ricerca studente e autore principale dello studio. "Abbiamo già realizzato composti in cui lo zinco viene sostituito con altri cationi che creano poliedri di ossido di metallo più grandi in grado di intercalare quantità ancora maggiori di ioni di zinco, "dice Xia.