Mentre gli scienziati speravano che le batterie ricaricabili al biossido di zinco-manganese potessero essere sviluppate in una valida alternativa per le applicazioni di stoccaggio della rete, gli ingegneri dell'Università dell'Illinois a Chicago ei loro colleghi hanno identificato i motivi per cui questi sistemi di alimentazione a base di zinco non funzionano.

Gli scienziati sono giunti a questa conclusione dopo aver sfruttato la microscopia elettronica avanzata, esperimenti elettrochimici e calcoli teorici per osservare più da vicino come funziona l'anodo di zinco con il catodo di manganese nel sistema della batteria.

I loro risultati sono riportati oggi in Nature Sustainability .

"Zinco e manganese separatamente hanno proprietà molto favorevoli per batterie sostenibili di alta qualità; tuttavia, quando accoppiati in un sistema completo, la loro intercalazione - la loro ricaricabilità - è stata discutibile, con alcuni studi recenti che suggeriscono che l'inserimento e il disinserimento dello zinco nel biossido di manganese sono responsabili del ricaricabilità delle cellule", ha affermato l'autore principale dello studio Reza Shahbazian-Yassar, professore dell'UIC di ingegneria meccanica e industriale presso il College of Engineering.

"Con questo studio, abbiamo dimostrato che in realtà non ci sono prove microscopiche del reinserimento dello zinco nel biossido di manganese, e ciò che in precedenza si pensava fossero indicatori di ricarica provenivano dagli ioni di idrogeno caricati positivamente inseriti nel manganese, non dallo zinco".

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno costruito cellule acquose di biossido di zinco-manganese e le hanno testate per oltre 100 cicli. Hanno scaricato e tentato di ricaricare le batterie negli esperimenti mentre utilizzavano la microscopia elettronica per acquisire immagini a livello atomico delle reazioni.

"Abbiamo visto che l'idrogeno è responsabile del danno alle strutture del tunnel del biossido di manganese, riducendo ulteriormente il potenziale di ricarica della batteria", ha detto Shahbazian-Yassar. "Le informazioni che abbiamo ottenuto con questi esperimenti rivelano importanti intuizioni atomiche sui meccanismi della batteria zinco-manganese. Ora che sappiamo cosa sta succedendo a livello cellulare, abbiamo una bussola per trovare strategie migliori".

Shahbazian-Yassar ha affermato che diverse strutture cellulari potrebbero rendere il sistema più favorevole per l'inserimento dello zinco o forse strategie per sfruttare i protoni dell'idrogeno. + Esplora ulteriormente

I ricercatori scrutano tunnel di dimensioni atomiche alla ricerca di una batteria migliore