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May 30, 2023

Alluminio

Le batterie agli ioni di alluminio sono viste come un’alternativa promettente alle batterie convenzionali che utilizzano materie prime scarse e difficili da riciclare come il litio. Questo perché l'alluminio è uno dei

Le batterie agli ioni di alluminio sono viste come un’alternativa promettente alle batterie convenzionali che utilizzano materie prime scarse e difficili da riciclare come il litio. Questo perché l'alluminio è uno degli elementi più comuni nella crosta terrestre, è più facile da riciclare ed è anche più sicuro e meno costoso del litio. Tuttavia, lo sviluppo di tali batterie agli ioni di alluminio è ancora agli inizi, poiché mancano ancora materiali per elettrodi idonei che forniscano una capacità di accumulo sufficiente. Un gruppo di ricerca guidato da Gauthier Studer e guidato dalla Prof. Dr. Birgit Esser dell'Università di Ulm e dal Prof. Dr. Ingo Krossing nonché dalla Prof. Dr. Anna Fischer dell'Università di Friburgo ha ora sviluppato un materiale per elettrodi positivi costituito da di un polimero redox organico a base di fenotiazina. Nell'esperimento, le batterie di alluminio con questo materiale dell'elettrodo hanno immagazzinato una capacità mai raggiunta prima di 167 milliampere ora per grammo (mAh/g). Il polimero redox organico supera quindi la capacità della grafite, che finora è stata utilizzata principalmente come materiale per elettrodi nelle batterie. I risultati sono apparsi sulla rivista Energy & Environmental Science.

Il diagramma schematico della batteria mostra il processo redox in cui il materiale dell'elettrodo viene ossidato e si depositano anioni alluminato.

Birgit Esser (CC BY-NC 3.0: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/)

Durante la ricarica della batteria il materiale dell'elettrodo si ossida e assorbe anioni complessi di alluminato. In questo modo, il polimero redox organico poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) riesce a inserire due anioni [AlCl4]− in modo reversibile durante la carica. I ricercatori hanno utilizzato come elettrolita il cloruro di etilmetilimidazolio liquido ionico con l'aggiunta di cloruro di alluminio. “Lo studio delle batterie in alluminio è un campo di ricerca entusiasmante con un grande potenziale per i futuri sistemi di accumulo dell’energia”, afferma Gauthier Studer. “Il nostro focus è sullo sviluppo di nuovi materiali organici redox-attivi che presentano proprietà reversibili e ad alte prestazioni. Studiando le proprietà redox della poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) nel liquido ionico a base di cloroalluminato, abbiamo fatto un passo avanti significativo dimostrando per la prima volta un processo redox reversibile a due elettroni per un materiale elettrodico a base di fenotiazina. "

La poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) deposita gli anioni [AlCl4]− a potenziali di 0,81 e 1,65 volt e fornisce capacità specifiche fino a 167 mAh/g. Al contrario, la capacità di scarica della grafite come materiale degli elettrodi nelle batterie in alluminio è di 120 mAh/g. Dopo 5.000 cicli di carica, la batteria presentata dal team di ricerca ha ancora l'88% della sua capacità a 10 C, cioè con una velocità di carica e scarica di 6 minuti. Con un valore C inferiore, ovvero con tempi di carica e scarica più lunghi, la batteria ritorna invariata alle sue capacità originali.

“Con la sua elevata tensione di scarica e capacità specifica, nonché la sua eccellente ritenzione di capacità a velocità elevate di C, il materiale dell’elettrodo rappresenta un importante progresso nello sviluppo di batterie ricaricabili in alluminio e quindi di soluzioni avanzate ed economiche di stoccaggio dell’energia”, afferma Birgit Esser. .

G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing e B. Esser, Energy Environ. Sci., 2023

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G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing e B. Esser, Energy Environ. Sci., 2023

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