La batteria 'rabarbaro' potrebbe conservare l'energia del futuro

Centrale elettrica. Le molecole organiche quasi identiche a quelle presenti nel rabarbaro sono l'ingrediente chiave di una nuova batteria "a flusso".

Una molecola quasi identica a quella del rabarbaro può rappresentare la chiave per il futuro delle energie rinnovabili. I ricercatori hanno utilizzato il composto per creare una batteria "a flusso" ad alte prestazioni, uno dei principali contendenti per lo stoccaggio di energia rinnovabile nella rete elettrica. Se il prototipo della batteria può essere scalato, potrebbe aiutare le utility a fornire energia rinnovabile quando il vento è calmo e il sole non splende.

Le energie rinnovabili sono già un grande business, con l'energia eolica e solare che rappresentano circa il 7% di tutta la nuova capacità di generazione elettrica installata in tutto il mondo. Molti esperti vorrebbero vedere crescere quel numero per limitare le emissioni di carbonio dai combustibili fossili. Ma se i servizi di pubblica utilità utilizzano il vento e l'energia solare per fornire più del 20% circa della loro energia, si trovano nei guai. Al di sopra di questo livello, è difficile per le sorgenti di backup soddisfare la domanda quando il sole non splende e il vento non soffia.

Sono state proposte numerose tecnologie per immagazzinare l'energia rinnovabile in eccesso per un uso successivo. E molte regioni già pompano acqua in salita e più tardi la gestiscono attraverso un generatore per fare proprio questo. Ma questo non funziona nelle pianure. Altre opzioni, come le batterie convenzionali, sono ancora troppo costose e hanno problemi di sicurezza.

Le batterie di flusso sono un'altra opzione. A differenza delle batterie convenzionali, che racchiudono i reagenti chimici e gli elettrodi, le batterie a flusso mantengono i loro reagenti in serbatoi separati. L'energia può essere estratta, o alimentata nei reagenti, semplicemente facendo scorrere i materiali oltre due elettrodi separati da una membrana. Un progetto pilota su vasta scala del principale concorrente della batteria di flusso, basato su ioni di vanadio disciolti in acqua, dovrebbe essere completato l'anno prossimo in Giappone per lo stoccaggio della rete. Ma il vanadio è costoso. Il vanadio da solo in una batteria a flusso con la capacità di stoccaggio di fornire un chilowattora di energia elettrica ora costa $ 81. L'aggiunta degli altri componenti aumenta il prezzo a tra $ 350 e $ 700 per kilowattora. Secondo il Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti, l'obiettivo di costo per una tecnologia di stoccaggio della rete redditizia è di circa $ 100 per kilowattora.

Sperando di avvicinarsi a quel marchio, un team guidato da Michael Aziz, un fisico dell'Università di Harvard, decise di esplorare le molecole organiche chiamate chinoni. I composti sono stati a lungo noti per essere esperti nell'afferrare e rilasciare elettroni, un requisito fondamentale per un materiale di batteria. E sono abbondanti nelle piante e persino nel petrolio greggio, rendendoli potenzialmente economici. Quindi Aziz dice che lui ei suoi studenti hanno iniziato a testare alcuni tipi diversi di chinoni in una batteria a flusso e hanno ottenuto risultati equi. Ciò li ha spinti a collaborare con i chimici teorici guidati da Alán Aspuru-Guzik di Harvard per calcolare le proprietà di oltre 10.000 molecole di chinone. È lì che hanno colpito il composto simile al rabarbaro.

Aziz e il suo team l'hanno incorporato nella configurazione della batteria di flusso. In un serbatoio posizionano il chinone, abbreviato AQDSH 2 , dissolto in acqua. In un serbatoio separato mettono Br 2 o liquido di bromo. Per eliminare l'elettricità, pompano i due liquidi oltre agli elettrodi adiacenti separati da una sottile membrana conduttrice di protoni. Ad un elettrodo, ogni molecola di chinone rilascia due elettroni e due protoni. Gli elettroni passano attraverso un circuito esterno verso l'elettrodo opposto, dove si incontrano con i protoni che passano attraverso la membrana. I partner quindi si combinano con un atomo di bromo per creare molecole di HBr. Per immagazzinare energia, i ricercatori eseguono semplicemente le pompe al contrario e forniscono elettroni energetici. Ciò convince gli idrogeni a staccarsi dagli atomi di bromo e a riattaccarsi al chinone dell'elettrodo opposto. In un documento pubblicato online oggi a Natura , Aziz e i suoi colleghi lo dimostrano la batteria del flusso del chinone non solo funziona, ma appare stabile anche nei primi test e fornisce una notevole potenza . E forse meglio di tutto, Aziz nota che il costo dei chinoni e del bromo è di circa un terzo del costo del vanadio, che lo rende potenzialmente un'opzione molto più economica.

"È un nuovo fantastico set di materiali", afferma Mike Perry, esperto di batterie a flusso presso il Centro di Ricerca United Technologies di East Hartford, nel Connecticut, la cui azienda sta sviluppando batterie a flusso di vanadio avanzate. Ma il bromo è altamente caustico, osserva Perry, il che può aumentare il costo di una batteria a flusso finale che si basa su di essa. Aziz dice che il suo gruppo sta esplorando altri prodotti organici per sostituire anche il bromo. Se funziona, le nuove batterie potrebbero stimolare gli sforzi per aggiungere energia rinnovabile alla rete e frenare la dipendenza della società dalla produzione di energia da combustibili fossili.

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