211service.com
Scommettere su una svolta della batteria metallo-aria
Uno spin-off dell'Arizona State University afferma di poter sviluppare una batteria metallo-aria che supera notevolmente le migliori batterie agli ioni di litio sul mercato, e ora ha i fondi necessari per dimostrarlo.
Sale liquido: Questa immagine mostra liquidi ionici (i globuli blu) in un bicchiere di olio minerale.
Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti la scorsa settimana ha assegnato una borsa di studio di 5,13 milioni di dollari a Scottsdale, con sede in Arizona. Energia fluidica verso lo sviluppo di una batteria metallo-aria che si basa su liquidi ionici, invece di una soluzione acquosa, come suo elettrolita.
L'azienda mira a costruire una batteria a liquido ionico Metal-Air che abbia fino a 11 volte la densità energetica delle migliori tecnologie agli ioni di litio a meno di un terzo del costo. Cody Friesen , professore di scienza dei materiali presso l'Arizona State e fondatore di Fluidic Energy, afferma che l'uso di liquidi ionici supera molti dei problemi che in passato hanno trattenuto le batterie metallo-aria. Non sto affermando che ce l'abbiamo ancora, ma se ci riusciamo, cambierà davvero il modo in cui pensiamo allo storage, afferma Friesen, che è stato nominato uno dei Revisione della tecnologia migliori innovatori under 35 nel 2009.
Le batterie metallo-aria, come quelle che utilizzano un anodo di zinco, in genere si basano su elettroliti a base d'acqua. L'ossigeno dall'aria ambiente viene aspirato attraverso un elettrodo ad aria porosa (-catodo) e produce ioni ossidrile a contatto con l'elettrolita. Questi ioni raggiungono l'anodo e iniziano a ossidare lo zinco, una reazione che produce corrente attraverso il rilascio di elettroni.
Ma come qualsiasi soluzione acquosa, l'acqua nell'elettrolita può evaporare, causando il guasto prematuro delle batterie. L'acqua ha anche una finestra elettrochimica relativamente bassa, il che significa che inizierà a decomporsi quando la cella supera 1,23 volt. Questi erano due problemi che i ricercatori della US Air Force Academy hanno iniziato ad affrontare circa 25 anni fa. All'inizio degli anni '80 hanno sperimentato liquidi ionici, sali che sono liquidi a temperatura ambiente e che spesso possono rimanere liquidi a temperature sotto lo zero o al di sopra del punto di ebollizione dell'acqua.
Sono fluidi miracolosi. Sono notevoli, dice John Wilkes , un esperto di liquidi ionici che dirige il dipartimento di chimica dell'Accademia. Se guardi questi liquidi in una bottiglia, sembrano acqua, tranne per il fatto che sono viscosi. Non sono volatili, non evaporano, sono fisicamente stabili e conducono abbastanza bene l'elettricità.
Friesen, il cui team di ricerca dello Stato dell'Arizona ha trascorso gli ultimi anni a sperimentare vari liquidi ionici, afferma che una batteria metallo-aria che utilizza un liquido ionico poiché il suo elettrolita non solo funziona significativamente più a lungo, perché l'essiccazione non è più un problema, ma anche ottiene un grande aumento della densità energetica. Questi liquidi hanno finestre di stabilità elettrochimica fino a cinque volt, quindi ti permettono di passare a metalli molto più densi di energia rispetto allo zinco. Dice che il suo team di ricerca mirerà a densità energetiche di almeno 900 wattora per chilogrammo e fino a 1.600 wattora per chilogrammo nel progetto finanziato dal DOE.
Il problema con i liquidi ionici è che sono ancora prodotti in piccole quantità, il che li rende costosi rispetto a molti altri solventi usati per sciogliere i sali. Ma alcune persone ora stanno producendo liquidi ionici con cose che sono già note e prodotte in quantità elevate, come i detersivi, afferma Wilkes.
Robin Rogers , professore di chimica presso l'Università dell'Alabama, afferma che la sfida è trovare liquidi ionici di base con il giusto insieme di proprietà che possono cambiare completamente l'equazione economica per le batterie metallo-aria. Non è impossibile, dice. Guardo i liquidi ionici e dico, fai un passo indietro, perché devi farlo in un modo completamente diverso.
Friesen minimizza il problema dei costi, sottolineando che i liquidi diventano piuttosto economici se sviluppati internamente in grandi volumi. Sta attento, tuttavia, a non dire troppo sui liquidi ionici che la sua squadra ha sviluppato, rivelando solo che ci sono diversi contendenti che sembrano funzionare bene.
Friesen è cauto anche quando parla dell'altro componente chiave della ricerca di Fluidic Energy: una struttura di elettrodi metallici che supera il problema della formazione dei dendriti. Queste strutture simili a rami possono crescere, ad esempio, su un elettrodo di zinco e causare il cortocircuito di una batteria metallo-aria. La formazione di dendriti avviene nelle batterie ricaricabili quando le reazioni chimiche si invertono, limitando il numero di cicli di carica. Fluidic Energy ha sviluppato un'impalcatura per elettrodi con porosità multimodale, il che significa che ha una gamma di dimensioni dei pori fino a 10 nanometri. L'impalcatura circonda il metallo, in questo caso lo zinco, e può prevenire la formazione di dendriti durante la carica.
Con la capacità di eliminare l'evaporazione, aumentare la tensione ed eliminare i dendriti, stiamo lavorando per portarla al livello successivo, afferma Friesen. Si tratta di prendere tutto ciò che abbiamo fatto negli ultimi quattro anni e sfruttare quel lavoro in una batteria che sembra e si sente proprio come una batteria al litio, ma ha densità di energia ben oltre.
Ciò significherebbe che lo stoccaggio di energia non sarebbe più un fattore limitante per l'energia rinnovabile e i veicoli elettrici che potrebbero viaggiare da 400 a 500 miglia con una singola carica, dice, a un costo appena superiore alle batterie al piombo.