Una nuova tecnologia sviluppata dall'Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona riduce le perdite di energia e migliora le prestazioni delle batterie a zinco-aria. La scoperta apre una strada applicabile a diverse tecnologie di accumulo
In Spagna, i ricercatori dell'Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona (ICMAB-CSIC) hanno sviluppato una nuova architettura per batterie a zinco-aria che permette di incrementarne la potenza fino all'80% senza modificarne la chimica di base. Il sistema integra elementi conduttivi all'interno della batteria, che funzionano come elettrodi bipolari senza fili per facilitare il trasporto di carica e ridurre la resistenza interna.
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Questo progresso apre una nuova strada per progettare batterie più efficienti e con prestazioni superiori. Lo studio, pubblicato sulla rivista "Energy Storage Materials", è stato realizzato in collaborazione con l'Istituto Catalano di Nanoscienza e Nanotecnologia (ICN2) e con l'Università Nazionale di La Plata, in Argentina.
Secondo i ricercatori, questo lavoro e altri precedenti del gruppo mettono in discussione la progettazione tradizionale delle batterie e propongono un nuovo modo di concepire i sistemi di accumulo dell'energia.
Come funzionano le batterie a zinco-aria: cosa cambia con il nuovo design
Le batterie generano elettricità grazie alla differenza di energia tra i materiali dei due elettrodi. Le cariche si spostano dall'uno all'altro attraverso l'elettrolita, un materiale che permette il movimento degli ioni. Finora si riteneva che questo componente dovesse bloccare il passaggio degli elettroni per evitare qualsiasi rischio di corto circuito. Il nuovo studio mette in discussione questo principio.
Il team guidato da Nieves Casañ-Pastor, ricercatrice dell'ICMAB-CSIC, ha dimostrato che, a determinate condizioni, piccole parti metalliche conduttive possono essere inserite all'interno della batteria senza essere collegate né agli elettrodi né al circuito esterno, e che farlo può persino migliorarne il funzionamento.
La chiave è nel campo elettrico che si genera tra i due elettrodi quando la batteria è in funzione. I ricercatori hanno verificato che inserire tra di essi uno o più elementi conduttivi isolati non provoca un corto circuito e può contribuire a migliorare il trasporto di carica.
Il campo elettrico polarizza i pezzi conduttivi, che accumulano cariche opposte alle estremità e creano nuovi percorsi per il trasporto di carica. Questo riduce la resistenza interna e permette di fornire energia più rapidamente. "La cosa sorprendente è che questi conduttori non sono collegati con un cavo a nulla: vengono semplicemente introdotti nel sistema e generano effetti benefici", spiega Casañ-Pastor.
La sfida dell'ossigeno, la chiave delle nuove batterie zinco-aria
La ricerca, che fa parte della tesi di dottorato di Marc Mosqueda, dimostra il potenziale delle batterie a zinco-aria, realizzate con materiali abbondanti, economici e sicuri, ma limitate dalla lenta reazione dell'ossigeno.
Il nuovo design integra elettrodi bipolari senza fili che riducono la resistenza interna e accelerano la fornitura di energia, permettendo di aumentare la potenza fino all'80%.
Per Casañ-Pastor, questa scoperta apre una strada che potrebbe essere applicata a diverse tecnologie di accumulo. Il gruppo ha già osservato effetti simili in altri sistemi e continuerà a studiare le potenzialità degli elettrodi bipolari senza fili.