Le batterie quasi-solide agli ioni di magnesio sono arrivate a 264 Wh/g di densità

Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Hong Kong (HKU) ha messo a punto una batteria agli ioni di magnesio quasi allo stato solido con tensione pari a 2,4 V e una densità di energia di 264 Wh/kg, dati che superano le prestazioni delle attuali batterie agli ioni di magnesio, ma, soprattutto, arrivano quasi ad eguagliare le caratteristiche di quelle al litio.

Le batterie agli ioni di magnesio, come quelle al sale e le più note al litio-ferro-fosfato, rientrano nella categoria delle alternative agli ioni di litio, ma (come le loro colleghe) devono ancora superare diverse sfide prima di poter entrare in commercio.

"Gli ioni di idrogeno, o protoni, sono più piccoli e leggeri rispetto agli ioni metallici. A causa delle loro dimensioni, i protoni possono facilmente penetrare nella struttura catodica della batteria. Tuttavia, questo crea un problema perché i protoni e gli ioni magnesio competono per lo spazio, il che limita fortemente la quantità di energia che la batteria può immagazzinare e la sua durata", ha spiegato Sarah Leong, ricercatrice della HKU e prima autrice dello studio "Next-generation magnesium-ion batteries: The quasi-solid-state approach to multivalent metal ion storage", pubblicato su Science Advance.

I ricercatori hanno migliorato il progetto precedente implementando un elettrolita potenziato con un polimero per controllare la competizione tra protoni e ioni metallici e confinare la rete di legami idrogeno.

"Si tratta di uno sviluppo rivoluzionario", ha affermato il professor Dennis Y.C. Leung. "La nostra batteria agli ioni di magnesio quasi allo stato solido combina il meglio di entrambi i mondi, offrendo l’alta tensione dei sistemi non acquosi e la sicurezza e l’economicità dei sistemi acquosi. Rappresenta un importante passo avanti nello sviluppo di batterie agli ioni di magnesio ad alte prestazioni".

Durante i test di ciclo di carica/scarica della batteria, il team di ricerca ha scoperto che anche in condizioni estreme, con temperature molto sotto lo zero (-22°C), la batteria agli ioni di magnesio quasi allo stato solido conservava il 90% della sua capacità, persino dopo 900 cicli. La batteria, inoltre, non è infiammabile e risulta resistente ai carichi ad alta pressione.

"La strategia avanzata di sviluppo dell’elettrolita presentata nella nostra ricerca ha un potenziale che va oltre le batterie agli ioni di magnesio, estendendosi ad altre batterie agli ioni metallici multivalenti, come le batterie agli ioni di zinco e agli ioni di alluminio", ha affermato il professore assistente della HKU Wending Pan. "Crediamo che questo studio aprirà la strada alla prossima generazione di soluzioni di stoccaggio dell’energia che non solo saranno efficienti ma anche rispettose dell'ambiente".