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Jun 09, 2023

I ricercatori testano con successo un nuovo titanio

Metal-air batteries are one important line of development as promising energy

Le batterie metallo-aria rappresentano un'importante linea di sviluppo come promettenti dispositivi di accumulo dell'energia, dall'elettronica a bassa potenza alle applicazioni su larga scala. Queste batterie promettono di fornire densità energetiche teoriche molto elevate, rispetto dell’ambiente, efficienza in termini di costi e sicurezza.

Tra i vari possibili anodi candidati per le batterie metallo-aria, al centro della ricerca sono stati principalmente zinco, alluminio, ferro e silicio. D’altro canto il titanio difficilmente è stato considerato un materiale attivo e non sono ancora disponibili risultati sperimentali.

Ora, i ricercatori del Forschungszentrum Jülich hanno sviluppato con successo e testato in laboratorio una nuova batteria titanio-aria (batteria Ti-aria). La batteria è sviluppata in collaborazione con i ricercatori del Technion – Israel Institute of Technology di Haifa.

Le batterie metallo-aria sono particolarmente adatte per applicazioni in cui le dimensioni compatte sono importanti e in sistemi di stoccaggio stazionari su larga scala che utilizzano materiali economici, comuni e non tossici. Il titanio, sebbene noto come materiale costoso, è molto più economico del litio in termini di costi del materiale, ma è più costoso dell’alluminio. Il metallo è il nono materiale più frequente nella crosta terrestre, quindi le risorse disponibili sono altrettanto abbondanti.

Inoltre, il titanio è interessante come materiale per l'accumulo di elettricità perché ogni atomo può donare fino a quattro elettroni per il trasferimento di carica pur essendo relativamente leggero ed estremamente resistente.

In una nuova batteria primaria Ti-aria non acquosa, i ricercatori sono riusciti a utilizzare il suo potenziale elettrochimico per l'immagazzinamento di energia elettrica applicando un liquido ionico a temperatura ambiente di 1-etil-3-metilimidazolio oligofluoroidrogenato (EMIm(HF)2.3F). I liquidi ionici sono costituiti da sali con un punto di fusione atipico, molto basso, che vengono utilizzati in una varietà di applicazioni grazie alle loro speciali proprietà elettriche e materiali.

Teoricamente, le batterie titanio-aria hanno una densità energetica due o tre volte superiore a quella delle batterie zinco-aria utilizzate oggi come pile a bottone standard negli apparecchi acustici, nei moduli di controllo e nei sensori. La tensione teoricamente raggiungibile della batteria titanio-aria è in un intervallo simile a quello delle batterie zinco-aria. Negli esperimenti, la batteria Ti-air potrebbe essere utilizzata con successo con correnti di scarica relativamente elevate fino a 0,75 mA cm−2 con una tensione media della cella fino a 1,2 volt, ottenendo una capacità di scarica fino a 66 mAh cm−2.

I ricercatori affermano che quando viene sfruttato il suo pieno potenziale, una batteria di metallo di questo tipo ha il potenziale unico di essere l’unico metallo con 4 elettroni trasferiti durante la sua scarica.

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