Le batterie metallo-aria sono uno dei tipi di batterie più leggeri e compatti disponibili, ma possono avere un grosso limite:quando non sono in uso, si degradano rapidamente, poiché la corrosione corrode i loro elettrodi metallici. Ora, I ricercatori del MIT hanno trovato un modo per ridurre sostanzialmente quella corrosione, consentendo a tali batterie di avere una durata di conservazione molto più lunga.

Mentre le tipiche batterie ricaricabili agli ioni di litio perdono solo il 5% circa della loro carica dopo un mese di conservazione, costano troppo, ingombrante, o pesante per molte applicazioni. Le batterie primarie (non ricaricabili) alluminio-aria sono molto meno costose e più compatte e leggere, ma possono perdere l'80 percento della loro carica al mese.

Il design del MIT supera il problema della corrosione nelle batterie alluminio-aria introducendo una barriera d'olio tra l'elettrodo di alluminio e l'elettrolita, il fluido tra i due elettrodi della batteria che corrode l'alluminio quando la batteria è in standby. L'olio viene rapidamente pompato via e sostituito con elettrolita non appena la batteria viene utilizzata. Di conseguenza, la perdita di energia è ridotta solo allo 0,02 percento al mese, un miglioramento di oltre mille volte.

I risultati sono riportati oggi sulla rivista Scienza dall'ex studente laureato del MIT Brandon J. Hopkins '18, W.M. Keck Professore di Energia Yang Shao-Horn, e professore di ingegneria meccanica Douglas P. Hart.

Sebbene siano stati utilizzati molti altri metodi per prolungare la durata di conservazione delle batterie metallo-aria (che possono utilizzare altri metalli come sodio, litio, magnesio, zinco, o ferro), questi metodi possono sacrificare le prestazioni dice Hopkins. La maggior parte degli altri approcci prevede la sostituzione dell'elettrolita con un altro, formulazione chimica meno corrosiva, ma queste alternative riducono drasticamente la potenza della batteria.

Altri metodi prevedono il pompaggio dell'elettrolita liquido durante lo stoccaggio e il reinserimento prima dell'uso. Questi metodi consentono ancora una corrosione significativa e possono ostruire i sistemi idraulici nel pacco batteria. Poiché l'alluminio è idrofilo (attrae l'acqua) anche dopo che l'elettrolito è stato scaricato dalla confezione, l'elettrolita rimanente si attaccherà alle superfici degli elettrodi in alluminio. "Le batterie hanno strutture complesse, quindi ci sono molti angoli in cui l'elettrolito può rimanere intrappolato, " che si traduce in una corrosione continua, spiega Hopkins.

Una chiave del nuovo sistema è una sottile membrana posta tra gli elettrodi della batteria. Quando la batteria è in uso, entrambi i lati della membrana sono riempiti con un elettrolita liquido, ma quando la batteria viene messa in standby, l'olio viene pompato nel lato più vicino all'elettrodo di alluminio, che protegge la superficie di alluminio dall'elettrolita sull'altro lato della membrana.

Il nuovo sistema di batterie sfrutta anche una proprietà dell'alluminio chiamata "oleofobicità subacquea", ovvero, quando l'alluminio è immerso nell'acqua, respinge l'olio dalla sua superficie. Di conseguenza, quando la batteria viene riattivata e l'elettrolito viene pompato di nuovo dentro, l'elettrolita sposta facilmente l'olio dalla superficie di alluminio, che ripristina le capacità di alimentazione della batteria. Ironia della sorte, il metodo MIT di soppressione della corrosione sfrutta la stessa proprietà dell'alluminio che favorisce la corrosione nei sistemi convenzionali.

Il risultato è un prototipo in alluminio-aria con una durata di conservazione molto più lunga rispetto a quella delle batterie convenzionali in alluminio-aria. I ricercatori hanno dimostrato che quando la batteria veniva utilizzata ripetutamente e poi messa in standby per uno o due giorni, il progetto del MIT è durato 24 giorni, mentre il design convenzionale è durato solo tre. Anche quando l'olio e un sistema di pompaggio sono inclusi nei pacchi batteria primaria alluminio-aria maggiorati, sono ancora cinque volte più leggeri e due volte più compatti delle batterie ricaricabili agli ioni di litio per veicoli elettrici, riferiscono i ricercatori.

Hart spiega che l'alluminio, oltre ad essere molto economico, è uno dei "materiali di immagazzinamento a più alta densità di energia chimica che conosciamo", cioè, è in grado di immagazzinare e fornire più energia per libbra di quasi qualsiasi altra cosa, con solo bromo, che sono costosi e pericolosi, essere comparabile. Dice che molti esperti pensano che le batterie alluminio-aria possano essere l'unico sostituto praticabile per le batterie agli ioni di litio e per la benzina nelle auto.

Le batterie alluminio-aria sono state utilizzate come range extender per i veicoli elettrici per integrare le batterie ricaricabili integrate, per aggiungere molte miglia extra di guida quando la batteria integrata si esaurisce. A volte sono anche usati come fonti di energia in luoghi remoti o per alcuni veicoli sottomarini. Ma mentre tali batterie possono essere conservate per lunghi periodi finché non vengono utilizzate, non appena vengono accesi per la prima volta, iniziano a degradarsi rapidamente.

Tali applicazioni potrebbero trarre grandi vantaggi da questo nuovo sistema, Hart spiega, perché con le versioni esistenti, "non puoi davvero spegnerlo. Puoi scaricarlo e ritardare il processo, ma non puoi davvero spegnerlo." Tuttavia, se fosse utilizzato il nuovo sistema, Per esempio, come range extender in un'auto, "Potresti usarlo e poi entrare nel tuo vialetto e parcheggiarlo per un mese, e poi torna indietro e aspetta ancora che abbia una batteria utilizzabile. ... Penso davvero che questo sia un punto di svolta in termini di utilizzo di queste batterie."

Con la maggiore durata di conservazione che potrebbe essere offerta da questo nuovo sistema, l'uso di batterie alluminio-aria potrebbe "estendere oltre le attuali applicazioni di nicchia, " dice Hopkins. Il team ha già depositato i brevetti sul processo.