Le batterie agli ioni di zinco stanno guadagnando attenzione nel settore dell’energy storage grazie alla loro sicurezza, al costo contenuto e alla maggiore sostenibilità rispetto alle più comuni batterie al litio. Tuttavia, per competere davvero con queste ultime, è necessario superare una serie di ostacoli, primo tra tutti la scalabilità industriale.
Una nuova ricerca condotta da un gruppo di scienziati dell’Università di Dongguk, in Corea del Sud, guidato dal professor Geon-Hyoung An, propone una soluzione concreta: un collettore di corrente più efficiente, economico e compatibile con la produzione su larga scala.
Batterie a ioni di zinco: struttura e potenzialità
Queste batterie sono formate da un anodo in zinco metallico, un elettrolita contenente ioni zinco e un catodo realizzato con materiali in grado di ospitare tali ioni, come gli ossidi di manganese o vanadio. Il loro principale vantaggio è la possibilità di utilizzare elettroliti a base acquosa, grazie al potenziale redox dello zinco, pari a -0,763 V.
Inoltre, rispetto alle batterie al litio, offrono una maggiore sicurezza intrinseca e una densità energetica volumetrica promettente, il che le rende interessanti per applicazioni stazionarie su larga scala.
Il nodo dei collettori di corrente
Per rendere commercializzabili queste batterie, è necessario adottare soluzioni più adatte alla produzione industriale, a partire dai collettori di corrente: componenti fondamentali che conducono le cariche elettriche dagli elettrodi verso l’esterno.
Nelle batterie agli ioni di zinco, vengono spesso utilizzati collettori in grafene, ottimi dal punto di vista elettrico, ma poco adatti ai processi roll-to-roll per via della loro fragilità e dei costi di produzione.
L’innovazione: acciaio inossidabile rivestito di grafene
Il team coreano ha sviluppato un nuovo collettore costituito da un foglio di acciaio inossidabile rivestito con uno strato di grafene. Il materiale è stato sottoposto a trattamento termico per eliminare eventuali ossidi superficiali, migliorando così sia la conduttività elettrica sia la resistenza alla corrosione.
Questa soluzione è compatibile con i processi industriali e consente di ottenere elevate prestazioni elettrochimiche, senza compromettere la durabilità o la sostenibilità del sistema.
Risultati promettenti
I test di laboratorio hanno mostrato che la batteria così realizzata ha raggiunto una capacità specifica di 1,90 mAh/cm² a una densità di corrente di 0,3 C e 0,91 mAh/cm² a 2,0 C. Inoltre, ha mantenuto l’88,7% della capacità iniziale dopo 1500 cicli di carica e scarica a una densità di corrente di 1,0 C.
Una prospettiva concreta per lo stoccaggio su larga scala
Questa tecnologia si candida come una valida alternativa per i sistemi di accumulo energetico su scala di rete, in particolare in combinazione con le fonti rinnovabili. L’utilizzo di elettroliti a base d’acqua e materiali facilmente reperibili rende le batterie agli ioni di zinco una soluzione non infiammabile, sostenibile ed economicamente vantaggiosa rispetto ai sistemi agli ioni di litio.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Energy Materials.