Una batteria composta da zinco e lignina che può essere utilizzata più di 8000 volte. Questo è stato sviluppato dai ricercatori dell’Università di Linköping con l’obiettivo di fornire una soluzione di batterie economica e sostenibile per i paesi in cui l’accesso all’elettricità è limitato. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Energy & Environmental Materials.
Reverant Crispin e Ziyauddin Khan, ricercatori del Laboratorio di Elettronica Organica. Credito immagine: Thor Balkhed/Università di Linköping
“I pannelli solari sono diventati relativamente economici e molte persone nei paesi a basso reddito li hanno adottati. Tuttavia, vicino all’equatore, il sole tramonta intorno alle 6, lasciando le famiglie e le aziende senza elettricità. La speranza è che questa tecnologia delle batterie, anche con prestazioni inferiori rispetto alle costose batterie agli ioni di litio, possa finalmente offrire una soluzione a queste situazioni”, afferma Reverant Crispin, professore di elettronica organica all’Università di Linköping.
Il suo gruppo di ricerca presso il Laboratorio di elettronica organica, insieme ai ricercatori dell’Università di Karlstad e di Chalmers, ha sviluppato una batteria basata su zinco e lignina, due materiali economici ed ecologici. In termini di densità energetica è paragonabile alle batterie al piombo-acido ma senza piombo, che è tossico.
Batteria stabile
La batteria è stabile, in quanto può essere utilizzata per oltre 8000 cicli mantenendo circa l’80% delle sue prestazioni. Inoltre, la batteria mantiene la carica per circa una settimana, molto più a lungo rispetto ad altre batterie simili a base di zinco che si scaricano in poche ore.
Sebbene le batterie a base di zinco siano già sul mercato, principalmente come batterie non ricaricabili, si prevede che integreranno e, in alcuni casi, sostituiranno le batterie agli ioni di litio nel lungo termine quando la funzionalità di ricaricabilità sarà adeguatamente introdotta.
“Sebbene le batterie agli ioni di litio siano utili se gestite correttamente, possono essere esplosive, difficili da riciclare e problematiche in termini di questioni ambientali e di diritti umani quando vengono estratti elementi specifici come il cobalto. Pertanto, la nostra batteria sostenibile offre un’alternativa promettente in cui la densità energetica non è fondamentale”, afferma Ziyauddin Khan, ricercatore presso il Laboratorio di elettronica organica della LiU.
Economico e riciclabile
Il problema con le batterie allo zinco è dovuto principalmente alla scarsa durata dovuta alla reazione dello zinco con l’acqua nella soluzione elettrolitica della batteria. Questa reazione porta alla generazione di gas idrogeno e alla crescita dendritica dello zinco, rendendo la batteria sostanzialmente inutilizzabile.
Per stabilizzare lo zinco, viene utilizzata una sostanza chiamata elettrolita salino polimerico a base di poliacrilato di potassio (WiPSE). Ciò che i ricercatori di Linköping hanno ora dimostrato è che quando WiPSE viene utilizzato in una batteria contenente zinco e lignina, la stabilità è molto elevata.
“Sia lo zinco che la lignina sono super economici e la batteria è facilmente riciclabile. E se si calcola il costo per ciclo di utilizzo, diventa una batteria estremamente economica rispetto alle batterie agli ioni di litio”, afferma Ziyauddin Khan.
Scalabile
Attualmente le batterie sviluppate in laboratorio sono piccole. Tuttavia, i ricercatori ritengono di poter creare batterie di grandi dimensioni, all’incirca delle dimensioni di una batteria per auto, grazie all’abbondanza sia di lignina che di zinco a basso costo. Tuttavia, la produzione di massa richiederebbe il coinvolgimento di un’azienda.
Il reverendo Crispin afferma che la posizione della Svezia come paese innovativo le consente di aiutare altre nazioni ad adottare alternative più sostenibili.
“Possiamo considerare come nostro dovere aiutare i paesi a basso reddito a evitare di commettere gli stessi errori che abbiamo commesso noi. Quando costruiscono la loro infrastruttura, devono iniziare subito con la tecnologia verde. Se verrà introdotta una tecnologia insostenibile, sarà utilizzata da miliardi di persone, portando a una catastrofe climatica”, afferma il reverendo Crispin.
La ricerca è stata finanziata principalmente dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg attraverso il Wallenberg Wood Science Centre, il Consiglio svedese delle ricerche, Åforsk, l’area di ricerca strategica del governo svedese sui materiali funzionali avanzati (AFM) presso l’Università di Linköping e Vinnova attraverso Fun-Mat II. . La collaborazione a lungo termine con Ligna Energy AB all’interno del centro SESBC è finanziata dall’Agenzia svedese per l’energia.
Articolo: Elettrolita salino acqua-in-polimero per batteria zinco-lignina acquosa ricaricabile a lunga durata, Divyaratan Kumar, Leandro R. Franco, Nicole Abdou, Rui Shu, Anna Martinelli, C. Moyses Araujo, Johannes Gladisch, Viktor Gueskine, Reverant Crispin & Ziyauddin Khan; Materiali energetici e ambientali 2024, pubblicato online il 7 maggio 2024. DOI: 10.1002/eem2.12752
Scritto da Anders Torneholm
Fonte: Università di Linköping
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