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martedì, Settembre 27, 2022

Batterie al “granchio”: economiche e salutari per l’ambiente

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Uno studio ha scoperto che uno dei componenti del guscio di granchi e dei crostacei in generale, potrebbe rivoluzionare il mercato delle batterie.

Batterie al crostaceo: la scienza non ha “preso un granchio”

Le batterie alimentano praticamente ogni oggetto della nostra vita. Esse tuttavia sono difficili da riciclare e componenti, come il litio, sono costosi. 

A tentare di risolvere sia la questione ambientale, sia quella relativa ai costi, i ricercatori del Center for Materials Innovation dell’Università del Maryland negli Stati Uniti.

Gli scienziati hanno sviluppato un prototipo di batteria che deriva da un elettrolita trovato nei gusci di granchio.

La chitina utilizzata come elettrolita

La corazza di crostacei come il granchio, gamberetti e aragoste, contiene chitina, un biopolimero che ne rafforza l’esoscheletro, presente anche nel gladio del calamaro (le sue penne), nel guscio di alcuni insetti e nella struttura dei funghi. Questo ingrediente benefico, è ampiamente diffuso in natura ed è spesso presente nei rifiuti alimentari dei ristoranti e in altri sottoprodotti.

Dalla deacetilazione della chitina si ottiene il chitosano, un carboidrato utilizzato per produrre integratori dimagranti e non solo.

Nell’ingegneria biomedica, le sue applicazioni includono farmaci antinfiammatori e medicazioni per le ferite.

Ebbene, immergendo il chitosano in una soluzione acquosa di acido acetico, esso si trasforma in un gel, che miscelato con zinco, può essere utilizzato come elettrolita per batterie ricaricabili.

Primo passo: come funzionano le batterie tradizionali 

Una batteria tradizionale è composta da: un anodo, un catodo e uno strato elettrolitico che li collega.

Quando una batteria si scarica, avviene una“reazione di ossidazione”. 

Durante tale processo chimico, gli ioni caricati vengono rilasciati dall’anodo – il terminale negativo della batteria, spesso fatto di zinco – attraverso l’elettrolita al catodo, o terminale positivo. 

Ciò avviene in contemporanea a un flusso continuo di elettroni.

Questi viaggiano attraverso un circuito costituito dagli elettrodi della batteria (fatti da due diversi metalli conduttivi), dal suo elettrolita chimico (un gel o un materiale simile a un liquido contenente particelle cariche chiamate ioni) raggiungendo qualsiasi apparecchio o dispositivo cui la batteria è collegata.

Lunga durata e biodegradabili in cinque mesi 

I vantaggi del nuovo prototipo?

  1. Batterie di lunga durata per lo stoccaggio di energia. Dagli studi è emerso che che con questo tipo di elettrolita misto, la batteria ha un’efficienza energetica del 99,7% dopo 1.000 cicli di carica-scarica della stessa. In pratica la durata delle batterie al “granchio” è di circa 400 ore!  Un bel miglioramento rispetto all’efficienza del 70-75 percento solitamente considerata eccezionale per le tradizionali batterie allo zinco.

2) Fattore ambientale: il degrado delle batterie convenzionali, composte da ioni di litio, separatori di polipropilene, policarbonato e altri materiali, può richiedere centinaia o addirittura migliaia di anni. Questi composti sono spesso infiammabili e corrosivi, si surriscaldano e possono persino esplodere. Al termine del ciclo vitale, finiscono in discariche e nei siti di riciclaggio, causando ingenti danni ambientali.

Diversamente, uno strato di elettrolita di chitosano può essere quasi interamente scomposto dai microbi in soli cinque mesi

Gli unici componenti che non si possono distruggere sono gli scarti di zinco, che tuttavia possono essere riciclati. 

Altri vantaggi delle batterie a base di crostacei

Purché non siano realizzate con gusci di aragosta, il loro costo di produzione è molto inferiore a quello delle batterie agli ioni di litio. 

In effetti, il chitosano «si può ottenere semplicemente dai rifiuti di pesce scartati sulla nostra tavola» – afferma Liangbing Hu, il direttore del Centro di ricerca della Mylance University, leader del progetto.

Lo studio è stato pubblicato sul Journal Matter in in un articolo intitolato “Un elettrolita chitosano-zinc sostenibile per batterie zinco-metallo ad alta velocità”.

Uno studio precedentemente sperimentato 

I ricercatori del Maryland e di Houston non sono stati i primi a pensare di trasformare il chitosano in batterie. Lo stesso esperimento era già stato condotto in Cina, in Italia, in Malesia e nel Kurdistan iracheno. 

Come accennato, gli autori del nuovo lavoro tuttavia hanno aggiunto ioni di zinco a quella struttura del chitosano. Cosa che l’ha rafforzata notevolmente. In combinazione con le estremità di zinco, l’aggiunta ha anche aumentato l’efficacia della batteria.

Riguardo al design «In futuro, spero che tutti i componenti delle batterie siano biodegradabili» ha dichiarato Liangbing Hu. «Non solo il materiale stesso, ma anche il processo di fabbricazione dei biomateriali».

E anche se questo design è stato fatto per le batterie sperimentali di zinco, Hu crede che si possa estendere ad altri tipi di batterie, compresa quella del telefono.

Un’ottima notizia per l’ambiente, la cui tutela rientra nella battaglia giornaliera dell’Ona – Osservatorio nazionale amianto.

Fonti 

Journal Matter: “Un elettrolita chitosano-zinc sostenibile per batterie zinco-metallo ad alta velocità”.

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