Una batteria ispirata alle vitamine: ‘Nuovo universo’ di molecole organiche in grado di immagazzinare energia nelle batterie a flusso

I ricercatori di Harvard hanno identificato un’intera nuova classe di molecole organiche ad alte prestazioni, ispirate alla vitamina B2, che possono immagazzinare in sicurezza l’elettricità da fonti energetiche intermittenti come l’energia solare ed eolica in grandi batterie.

Lo sviluppo si basa su un lavoro precedente in cui il team ha sviluppato una batteria a flusso ad alta capacità che immagazzinava energia in molecole organiche chiamate chinoni e un additivo alimentare chiamato ferrocianuro. Questo progresso è stato un punto di svolta, offrendo le prime sostanze chimiche ad alte prestazioni, non infiammabili, non tossiche, non corrosive ea basso costo che potrebbero consentire lo stoccaggio di elettricità su larga scala ed economico.

Mentre i versatili chinoni mostrano grandi promesse per le batterie a flusso, i ricercatori di Harvard hanno continuato a esplorare altre molecole organiche alla ricerca di prestazioni ancora migliori. Ma trovare la stessa versatilità in altri sistemi organici è stato impegnativo.

“Ora, dopo aver considerato circa un milione di chinoni diversi, abbiamo sviluppato una nuova classe di materiale elettrolitico per batterie che amplia le possibilità di ciò che possiamo fare”, ha affermato Kaixiang Lin, un Ph.D. studente ad Harvard e primo autore dell’articolo. “La sua semplice sintesi significa che dovrebbe essere producibile su larga scala a un costo molto basso, che è un obiettivo importante di questo progetto”.

La nuova ricerca è pubblicata in Energia della natura.

Le batterie a flusso immagazzinano energia in soluzioni in serbatoi esterni: più grandi sono i serbatoi, più energia immagazzinano. Nel 2014, Michael J. Aziz, il gene e Tracy Sykes professore di materiali e tecnologie energetiche presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Roy Gordon, il professore di chimica Thomas Dudley Cabot e professore di materiali Science, Al谩n Aspuru-Guzik, professore di chimica e il loro team ad Harvard, hanno sostituito gli ioni metallici utilizzati come materiali elettrolitici delle batterie convenzionali negli elettroliti acidi con i chinoni, molecole che immagazzinano energia nelle piante e negli animali. Nel 2015, hanno sviluppato un chinone che potrebbe funzionare in soluzioni alcaline insieme a un comune additivo alimentare.

In questa ricerca più recente, il team ha trovato ispirazione nella vitamina B2, che aiuta a immagazzinare energia dal cibo nel corpo. La differenza chiave tra B2 e chinoni è che gli atomi di azoto, invece degli atomi di ossigeno, sono coinvolti nella raccolta e nell’emissione di elettroni.

“Con solo un paio di modifiche alla molecola originale B2, questo nuovo gruppo di molecole diventa un buon candidato per le batterie a flusso alcalino”, ha affermato Aziz.

“Hanno un’elevata stabilità e solubilità e forniscono un’elevata tensione della batteria e capacità di stoccaggio. Poiché le vitamine sono straordinariamente facili da produrre, questa molecola potrebbe essere prodotta su larga scala a un costo molto basso”.

“Abbiamo progettato queste molecole per soddisfare le esigenze della nostra batteria, ma in realtà è stata la natura a suggerire questo modo per immagazzinare energia”, ha affermato Gordon, co-autore senior dell’articolo. “La natura ha inventato molecole simili che sono molto importanti per immagazzinare energia nei nostri corpi”.

Il team continuerà a esplorare i chinoni, così come questo nuovo universo di molecole, alla ricerca di una batteria a flusso ad alte prestazioni, di lunga durata ed economica.