Una batteria a base di zinco che fornisce un'alta tensione e una notevole capacità energetica potrebbe essere impostata per competere con le tradizionali batterie agli ioni di litio, I ricercatori di A*STAR hanno scoperto.

La proliferazione di veicoli elettrici e fonti di energia rinnovabile sta guidando la domanda di batterie ricaricabili che immagazzinano e forniscono grandi quantità di energia in modo sicuro, efficiente ed economico. Le batterie a base di zinco offrono alcuni vantaggi chiave rispetto agli ioni di litio, compreso a basso costo e non infiammabilità. chilo per chilo, le batterie zinco-aria possono potenzialmente immagazzinare cinque volte più energia rispetto agli ioni di litio, mentre le batterie zinco-nichel producono tensioni relativamente elevate (potenzialmente utili perché sarebbero necessarie meno batterie per alimentare un dispositivo). Eppure anche le batterie allo zinco tendono a perdere la loro capacità di accumulo di energia dopo poche centinaia di cicli di ricarica, e nessuna batteria allo zinco ha ancora combinato una tensione decente di oltre 1,5 volt e un'elevata capacità di accumulo di energia.

Yun Zong e Zhaolin Liu dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering e colleghi hanno ora sviluppato una batteria allo zinco ibrida che combina il meglio delle tecnologie zinco-aria e zinco-nichel, completando oltre 5, 000 cicli di ricarica senza perdita di prestazioni. La batteria ha un anodo di zinco, mentre il suo catodo è basato su una schiuma di nichel rivestita di carbonio ricoperta di nanofili di ossido di nichel cobalto. L'elettrolita liquido tra gli elettrodi contiene anioni idrossido disciolti in acqua.

Un motivo chiave per le eccellenti prestazioni della batteria è che il catodo funziona in due modi distinti durante la carica e la scarica. Quando la batteria si carica, gli ioni idrossido dell'elettrolita reagiscono con gli ossidi metallici nel catodo per produrre composti di ossiidrossido, liberando elettroni. Ma i metalli nel catodo fungono anche da catalizzatore, combinando anioni idrossido per produrre ossigeno, acqua, e più elettroni. Questi elettroni fluiscono intorno al circuito fino all'anodo, dove si combinano con gli ioni zinco nell'elettrolita per produrre zinco metallico. Durante la dimissione, questi processi elettrochimici sono invertiti.

La batteria ha una tensione di scarica stabile in due fasi tra 1,75 e 1,0 volt, e ha mantenuto le sue prestazioni per tre mesi di test continui, superando di gran lunga le precedenti batterie allo zinco. Zong stima che la batteria possa immagazzinare circa 270 Watt-ora per chilogrammo, con possibilità di miglioramento. "Questo è già alla pari con le batterie agli ioni di litio disponibili sul mercato, " lui dice.

I due processi chimici al catodo producono tensioni diverse, che potrebbe essere un vantaggio per applicazioni che inizialmente richiedono una tensione più elevata, come i veicoli aerei senza equipaggio che hanno bisogno di una spinta di energia per decollare e quindi di una tensione più bassa per sostenere il loro volo. Il team ora spera di migliorare la durata del ciclo della batteria, magari usando un anodo di zinco poroso, e per aumentare la capacità della parte zinco-nichel della batteria.