La nuova batteria (stella rosa), rispetto ad altri dispositivi di accumulo di energia, presenta una densità di potenza molto elevata e una densità di energia ragionevolmente buona. Credito:Ding, et al. ©2015 American Chemical Society
(Phys.org)—Una nuova batteria semiliquida sviluppata dai ricercatori dell'Università del Texas ad Austin ha mostrato risultati iniziali incoraggianti, che comprende molte delle caratteristiche desiderate in un dispositivo di accumulo di energia allo stato dell'arte. In particolare, la nuova batteria ha una tensione di lavoro simile a quella di una batteria agli ioni di litio, una densità di potenza paragonabile a quella di un supercondensatore, e può mantenere le sue buone prestazioni anche quando viene caricato e scaricato a velocità molto elevate.
I ricercatori, guidato dall'assistente professore Guihua Yu, insieme a Yu Ding e Yu Zhao, all'UT Austin, hanno pubblicato il loro articolo sul nuovo senza membrana, batteria semiliquida in un recente numero di Nano lettere . I ricercatori spiegano che la batteria è considerata "semiliquida" perché utilizza un elettrolita ferrocenico liquido, un catodo liquido, e un solido anodo di litio.
"Il più grande significato del nostro lavoro è che abbiamo progettato una batteria semiliquida basata su una nuova chimica, " Yu ha detto Phys.org . "La batteria mostra un'eccellente capacità di velocità che può essere completamente caricata o scaricata in quasi un minuto mantenendo una buona efficienza energetica e una ragionevole densità di energia, rappresentando un promettente prototipo di batteria redox liquida con elevata densità di energia e densità di potenza per l'accumulo di energia."
La batteria è progettata per applicazioni in due delle più grandi aree della tecnologia delle batterie:veicoli elettrici ibridi e accumulo di energia per le risorse energetiche rinnovabili.
Come mostrato nella figura sopra, l'elevata densità di potenza della batteria (1400 W/L) e la buona densità di energia (40 Wh/L) la pongono nella posizione particolarmente favorevole di combinare una densità di potenza pari a quella dei supercondensatori attuali con una densità di energia pari a quelle di batterie a flusso redox e batterie al piombo di ultima generazione, anche se leggermente inferiore a quello delle batterie agli ioni di litio. Questa combinazione è particolarmente interessante per i veicoli elettrici, dove la densità di potenza corrisponde alla velocità massima e la densità di energia all'autonomia del veicolo per carica.
I ricercatori riportano anche nel loro articolo che la nuova batteria ha un'elevata capacità (137 mAh/g) e un'elevata capacità di ritenzione dell'80% per 500 cicli.
La struttura e il principio di funzionamento del nuovo a base di ferrocene, batteria semiliquida senza membrana, insieme a una dimostrazione sperimentale che mostra che la potenza della batteria può illuminare un array di LED 9 x 9. Credito:Ding, et al. ©2015 American Chemical Society
I ricercatori attribuiscono le buone prestazioni della batteria in gran parte al design dell'elettrodo liquido che consente la sua capacità ad alta velocità, che è fondamentalmente una misura della velocità di funzionamento della batteria. Gli ioni possono spostarsi molto rapidamente attraverso la batteria liquida rispetto a una batteria solida, e le reazioni redox in cui gli elettroni vengono trasferiti tra gli elettrodi si verificano anche a velocità molto elevate in questa particolare batteria. Per confronto, i valori utilizzati per misurare queste velocità (il coefficiente di diffusione e la costante di reazione) sono ordini di grandezza maggiori nella nuova batteria rispetto alla maggior parte delle batterie a flusso convenzionali.
Sebbene la batteria sembri molto promettente finora, i ricercatori notano che c'è ancora molto lavoro da fare, in particolare per quanto riguarda l'anodo di litio.
"Il potenziale punto debole di questa batteria è l'anodo di litio in termini di stabilità e sicurezza a lungo termine, " Yu ha detto. "È necessaria una protezione più avanzata dell'anodo di litio per sopprimere completamente l'autoscarica. Supponiamo che anche altri metalli come lo zinco e il magnesio possano fungere da anodo per una batteria del genere, purché venga risolta la compatibilità dell'elettrolita. Ci aspettiamo anche che altri composti organometallici con centri metallici multi-stato di valenza (centri redox) possano funzionare anche come anodo, che alla fine renderebbe la batteria completamente liquida."
Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di testare la durata a lungo termine della batteria, soprattutto il suo anodo di litio, in condizioni operative realistiche. Inoltre, i ricercatori vogliono trovare un modo per aumentare la solubilità del ferrocene al fine di aumentare ulteriormente la densità di energia per competere con le attuali batterie agli ioni di litio mantenendo la sua densità di potenza molto elevata.
© 2015 Phys.org
