La prima batteria solare al mondo raggiunge livelli di prestazione mai ottenuti finora

Columbus, Ohio – Hanno esordito lo scorso autunno con la prima batteria solare ad aria mai realizzata al mondo e adesso, a distanza di qualche mese, hanno nuovamente conquistato gli onori della cronaca per aver raggiunto un nuovo, significativo traguardo.
Stiamo parlando di un team di ricercatori della Ohio State University che, solo pochi giorni fa, hanno reso noti i clamorosi risultati della loro ricerca nel “Journal of the American Chemical Society”.  Hanno annunciato che il loro prototipo, in attesa di brevetto, che combina in un unico dispositivo una cella ad energia solare ed una batteria, è attualmente in grado di ottenere un risparmio energetico di ben il 20% superiore rispetto alle tradizionali batterie allo ioduro di litio.

Come ha spiegato Yiying Wu, professore di Chimica e Biochimica presso la Ohio State University, questo 20% di risparmio energetico proviene dall’energia solare, che è catturata da un unico pannello solare posizionato nella parte superiore della batteria. Nel precedente prototipo di batteria solare ad aria il pannello solare era costituito da una maglia a rete in titanio, in modo tale che l’aria potesse filtrare attraverso la batteria. In questo caso, invece, poiché la batteria non ha bisogno dell’aria per funzionare, il pannello solare è stato riprogettato come un foglio compatto, uniforme. Un’altra sostanziale differenza rispetto al progetto precedente riguarda l’uso di un elettrolita ad acqua all’interno della batteria. Proprio perché al suo interno circola dell’acqua, questo nuovo prototipo appartiene ad una classe emergente di batterie, chiamate “batterie a flusso d’acqua”. Wu ha dichiarato: “La vera e propria innovazione di questo progetto sta nell’aver dimostrato con successo il funzionamento del flusso d’acqua all’interno della nostra batteria solare”. In quanto tale, essa rappresenta la prima batteria a flusso d’acqua con capacità solare o, come Wu e il suo team l’hanno soprannominata, la prima “batteria a flusso d’acqua solare”. Wu ha aggiunto: “Questa batteria è, del resto, assolutamente compatibile e facilmente integrabile con la tecnologia attuale, a bassissimo impatto ambientale e di semplice manutenzione”.

I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando tenacemente per cercare di potenziare le batterie a flusso d’acqua: un domani, infatti, esse potrebbero garantire lo stoccaggio di energia solare all’interno di una rete elettrica, a costi notevolmente ridotti. La batteria a flusso solare potrebbe così colmare il gap esistente tra la rete energetica attuale e le sorgenti di energia rinnovabile.

“Questo prototipo di batteria a flusso solare può potenzialmente essere utilizzato per la conversione e lo stoccaggio dell’energia solare in una rete elettrica, così come per produrre “combustibili elettrolitici” che andrebbero ad alimentare i veicoli elettrici del futuro”, ha dichiarato Mingzhe Yu, principale autore dell’articolo pubblicato sul “Journal of the American Chemical Society” e dottorando alla Ohio State University.

Nella nuova batteria a flusso d’acqua il pannello solare è stato denominato “cella solare sensibilizzata con tintura”: ciò perché i ricercatori hanno utilizzato una tintura rossa al fine di regolare la lunghezza d’onda della luce che viene catturata e convertita in elettroni dal pannello. Gli elettroni, a loro volta, vanno ad integrare il voltaggio presente nella porzione di anodo di litio della batteria solare. A questo punto, c’è bisogno di qualcosa che “trasporti” gli elettroni dalla cella solare fin dentro la batteria: è qui che entra in funzione l’elettrolita.

Un elettrolita liquido è tipicamente costituito in parte da sale e in parte da solvente; nel prototipo precedente i ricercatori usarono come sale il perclorato di litio, misto al solvente organico dimetilsolfossido. Questa volta, invece, essi hanno utilizzato ioduro di litio come sale e acqua come solvente (l’acqua è un solvente inorganico ed eco-friendly; lo ioduro di litio offre un’elevata capacità di stoccaggio dell’energia, con costi molto contenuti).
Nei test condotti, i ricercatori hanno messo a confronto le prestazioni della batteria a flusso solare con quelle di una tradizionale batteria allo ioduro di litio. Essi hanno ricaricato e fatto scaricare le batterie per 25 volte. Tutte le volte, entrambe le batterie si sono scaricate di circa 3.3 volts. Tuttavia, mentre la batteria tradizionale ha dovuto essere ricaricata di 3.6 volts per scaricarsi di 3.3 volts, per la batteria a flusso solare è stata necessaria una ricarica di soli 2.9 volts per scaricarsi allo stesso voltaggio di 3.3 volts! E’ stato il pannello solare a fare la differenza, garantendo così un risparmio energetico di circa il 20%.

Il progetto della batteria a flusso solare è ancora in fase di sviluppo e senza dubbio si evolverà ancora, considerati gli sforzi che i ricercatori stanno compiendo per rendere la batteria ancora più efficiente.
Billy McCulloch, dottorando e co-autore dello studio, ha dichiarato che la ricerca potrebbe imboccare molte differenti direzioni. Ha aggiunto: “Speriamo di riuscire a motivare la comunità scientifica a sviluppare ulteriormente questa tecnologia, in modo da ottenere una pratica soluzione di energia rinnovabile”.

L’obiettivo ultimo di questo team di ricercatori è quello di riuscire ad aumentare il contributo della cella solare al funzionamento della batteria di ben oltre il suo attuale 20% – arrivando magari fino al 100%. Wu ha dichiarato: “Questo è il nostro prossimo step, per poter ottenere una batteria che sia completamente ricaricabile con l’energia solare”.
Altri co-autori dell’articolo includono i dottorandi Damian R. Beauchamp, Zhongjie Huang e Xiaodi Ren. La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America.

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