Addolcire l'affare: la soluzione di zucchero aumenta la potenza erogata e la durata delle batterie a flusso

In uno studio innovativo del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), i ricercatori hanno notevolmente migliorato la capacità e la longevità delle batterie a flusso, pubblicizzate come soluzioni promettenti per lo stoccaggio energetico sostenibile su larga scala. Aggiungendo uno zucchero semplice chiamato β-ciclodestrina all'elettrolita in una batteria a flusso, il team è riuscito ad aumentare la potenza di picco di un impressionante 60%. In particolare, la batteria ha mantenuto quasi tutta la sua capacità anche dopo un anno di cicli continui di carica e scarica.

Le batterie a flusso si distinguono dalle tipiche batterie per auto o laptop in quanto sono versatili e ideali per lo stoccaggio di energia scalabile e di lunga durata. Mentre il mondo vacilla verso le fonti di energia rinnovabile, lo stoccaggio di energia su scala di rete fornito dalle batterie a flusso diventa sempre più cruciale. La tecnologia aiuta a livellare l’intermittenza della fornitura di energia rinnovabile intrinseca all’energia eolica, solare e idroelettrica, creando così sistemi energetici più affidabili.

Il tradizionale sistema di batterie a flusso comprende due diversi elettroliti liquidi immagazzinati separatamente, che circolano su entrambi i lati di una membrana iono-selettiva per creare una corrente quando è necessaria energia. Uno dei vantaggi di questo sistema è la capacità di “rifornirlo” o ricaricarlo sostituendo gli elettroliti esauriti con quelli carichi.

I ricercatori del PNNL, lavorando in collaborazione con ricercatori di Yale, hanno deciso di sciogliere lo zucchero semplice β-ciclodestrina nell'anolita della batteria (un tipo di elettrolita). Inizialmente destinato ad aiutare a dissolvere più fluorenolo (un tipo di composto organico) nell'elettrolita a base di acqua, lo zucchero ha apportato benefici inaspettati.

Essendo il primo esempio di catalizzatore che accelera la reazione elettrochimica nelle batterie a flusso mentre sono disciolte in soluzione (un processo denominato "catalisi omogenea"), la β-ciclodestrina ha fornito una spinta unica. Accetta protoni caricati positivamente, creando equilibrio con gli elettroni caricati negativamente che si muovono attraverso la membrana cellulare. Questo equilibrio ha accelerato la velocità di reazione, sovraccaricando il livello di potenza della batteria di un enorme 60%.

Dopo aver ottimizzato la potenza erogata, l'attenzione si è spostata sulla longevità. La fase di test di durata ha comportato la carica e la scarica continua della batteria per un anno. Dopo un anno di utilizzo hanno scoperto che la batteria aveva una perdita di capacità trascurabile, dimostrando una straordinaria longevità, che in genere è già più lunga delle batterie al litio.

I ricercatori del PNNL hanno richiesto brevetti e stanno esplorando altri composti simili per creare potenzialmente un sistema più efficiente. La soluzione offre speranza per uno stoccaggio energetico più sostenibile utilizzando composti abbondanti e facilmente sintetizzabili, diminuendo così la dipendenza da materiali limitati e potenzialmente tossici.

Questo sviluppo fa parte di un programma più ampio all'interno di PNNL progettato per affrontare i problemi di stoccaggio dell'energia su scala di rete e sarà notevolmente rafforzato dall'imminente lancio del Grid Storage Launchpad di PNNL nel 2024. In particolare, questo rappresenta il primo esempio registrato di una batteria a flusso che mostra tale durabilità in condizioni di laboratorio, aprendo la strada alla trasformazione delle nostre capacità di stoccaggio dell’energia a livello globale.

La ricerca sull'ossidazione dell'alcol regolata da protoni per l'anolita di batterie a flusso a base di chetoni ad alta capacità è stata pubblicata sulla rivista Joule.