Gli accumulatori elettrici sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, per questo le batterie ricaricabili a idrogeno – cloro, con elevata efficienza energetica, sono fondamentali per sostenere il processo di elettrificazione.
Con la transizione energetica dalle fonti fossili alle rinnovabili, necessaria per mitigare gli effetti del cambiamento climatico riducendo le emissioni inquinanti, anche i sistemi di stoccaggio elettrochimico dell’energia assumono un ruolo strategico.
Con tecnologie e materiali in grado di esaltare le proprietà degli accumulatori, le batterie sono ampiamente utilizzate sia come sistemi di storage energetico per lo stoccaggio dell’energia elettrica prodotta con le fonti rinnovabili, sia per la mobilità sostenibile.
Un team di ricercatori dell’Università della scienza e della tecnologia della Cina, ha sviluppato un nuovo modello di batteria elettrochimica ricaricabile con idrogeno e cloro.
Gli accumulatori a idrogeno – cloro, realizzati con elementi chimici abbondanti e ampiamente disponibili sulla Terra, contribuiscono a ridurre la dipendenza dalle materie prime rare e le emissioni inquinanti.
Con elevata densità energetica e con stabilità di funzionamento garantita in un ampio intervallo di temperatura, le batterie ricaricabili a idrogeno – cloro garantiscono elevata efficienza energetica anche in condizioni ambientali estreme.
Le batterie a idrogeno – cloro, caratterizzate da un vasto campo di applicazioni che spaziano dai sistemi di accumulo dell’energia, alle reti elettriche intelligenti e ai sistemi di backup, sono una risorsa tecnologica fondamentale per sostenere il processo di elettrificazione.
I risultati ottenuti, dai ricercatori del dragone, permettono di sviluppare una nuova tecnologia per lo stoccaggio elettrochimico dell’energia elettrica, con materiali a basso impatto ambientale.
Le batterie a idrogeno – cloro, con elevata efficienza energetica, stabilità di funzionamento in un vasto intervallo di temperatura e con un’applicazione molto versatile, permettono di sostenere la transizione energetica con basse emissioni di carbonio.
Batterie idrogeno – cloro, efficienza energetica con emissioni ridotte
L’efficienza energetica delle batterie a idrogeno – cloro è garantita dalle reazioni di ossido – riduzione, indicate anche come reazioni redox, tra i due elementi chimici.
La cella a idrogeno – cloro ha una struttura molto simile alle più comuni batterie cloro alcaline, con un catodo e un anodo associati rispettivamente al potenziale negativo e positivo della batteria.
Mentre sul catodo della cella il cloro agisce come agente ossidante, sull’anodo l’idrogeno funge da agente riducente.
Il cloro, durante la fase di scarica, riceve gli elettroni dal catodo convertendosi in ioni negativi (Cl –) mentre l’idrogeno, sull’anodo, rilascia ioni positivi (H +).
Durante la fase di carica, con una tensione esterna imposta ai morsetti della batteria, la reazione redox è invertita, permettendo agli ioni cloruro di migrare verso il catodo.
L’elettrolita, realizzato con una soluzione salina o attraverso una membrana elettrolitica, separa fisicamente l’anodo dal catodo nella struttura della cella.
Con una struttura progettata per continui cicli di carica e scarica, la batteria a idrogeno –cloro oltre a garantire elevata efficienza energetica è particolarmente adatta per applicazioni che necessitano una fornitura continua di energia elettrica.
Inoltre, considerando l’ampia disponibilità degli elementi chimici della cella a idrogeno – cloro, è una soluzione tecnologica, per lo stoccaggio dell’energia elettrica, sostenibile e affidabile.
Le batterie idrogeno – cloro, con prestazioni inalterate in termini di densità energetica, permettono di soddisfare svariate esigenze energetiche.
L’attività di ricerca, svolta dall’Università della scienza e della tecnologia della Cina, ha permesso di sperimentare un elettrolita in grado di stabilizzare il funzionamento della batteria in un ampio intervallo di temperatura.
Le prestazioni delle celle a idrogeno – cloro, attraverso lo sviluppo di una nuova struttura del catodo, sono state ulteriormente aumentate.
L’evoluzione di una tecnologia efficiente
L’attività svolta dal team di ricercatori, nei laboratori di ricerca dell’Università della scienza e della tecnologia della Cina, ha permesso di ottimizzare le prestazioni delle batterie idrogeno – cloro, migliorandone l’efficienza energetica.
Adottando opportuni miglioramenti, per aumentare la velocità dei processi elettrochimici interni alle batterie e migliorando la struttura del catodo della cella a idrogeno – cloro, i ricercatori cinesi sono riusciti a sviluppare una nuova struttura della cella, caratterizzata da una maggiore velocità dei processi di carica e scarica e una maggiore densità energetica.
La struttura classica della cella a idrogeno – cloro è caratterizzata da catodi adsorbenti, in grado di catturare le molecole di sostanze liquide o gassose, caratterizzati dall’assenza di siti di legame con forte affinità con gli atomi di cloro.
Ciò determina una bassa attitudine della struttura del catodo della cella a trattenere gli ioni di cloro, che si traduce in una bassa velocità del processo elettrochimico di carica e scarica delle batterie.
Utilizzando una struttura multilivello del catodo, realizzata in carbonio, è stato possibile realizzare una geometria con porosità microscopiche, in grado di catturare gli ioni del cloro.
La struttura ottimizzata, ha permesso di ottenere un notevole incremento della velocità di carica e scarica delle batterie a idrogeno – cloro, migliorandone complessivamente sia l’efficienza energetica sia la densità energetica.
Attraverso l’utilizzo di un nuovo elettrolita antigelo, a base di acido fosforico con temperatura di congelamento notevolmente più bassa rispetto agli elettroliti presenti nelle classiche batterie idrogeno – cloro, è stato possibile ottenere una cella elettrolitica con capacità energetica specifica pari a 282 mAh/g e con un intervallo di temperatura esteso da + 40°C a -70 °C.
I test, condotti nei laboratori dell’Università della scienza e della tecnologia della Cina, dimostrano come la nuova batteria a idrogeno – cloro è caratterizzata sia da una maggiore efficienza energetica, sia da elevata stabilità di funzionamento.
