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Un team di scienziati cinesi ha annunciato un significativo passo avanti nello sviluppo di batterie chimiche, presentando il primo prototipo funzionante di batteria a ioni di idruri. Questa innovazione si distingue per l'utilizzo di ioni di idrogeno carichi negativamente, in contrasto con le più comuni batterie agli ioni di litio, che impiegano ioni positivi.
Il lavoro è frutto della collaborazione tra il Jilin University, il Dalian Institute of Chemical Physics dell'Accademia Cinese delle Scienze e il Shanghai Advanced Research Institute, il cui studio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature. La particolarità di questa batteria a idruri risiede nella sua capacità di operare a temperatura ambiente, un traguardo raggiunto per la prima volta per materiali di questo tipo.
Gli ioni di idruri si formano quando un atomo di idrogeno cattura un elettrone aggiuntivo, diventando così molto più energico e attivo chimicamente ed elettricamente rispetto agli ioni di litio. Questo conduce a processi elettrochimici fondamentalmente diversi, permettendo un efficace accumulo e rilascio di energia senza l'impiego di elettroliti liquidi, minimizzando quindi i rischi di perdite e incendi.
Interessante è l'origine della ricerca: il nuovo elettrolita, capace di trattenere ioni di idrogeno, è stato scoperto durante lo studio di accumulatori di gas per sistemi a celle a combustibile di idrogeno. Tradizionalmente, i materiali idrati non erano stabili a basse temperature, mostrando le loro proprietà solo con un significativo riscaldamento. Tuttavia, i ricercatori sono riusciti a superare questa limitazione grazie a un elemento raro come il cerio.
Il compito chiave della nuova tecnologia è rappresentato dagli elettroliti compositi basati su idruro di cerio (CeH₃), ricoperti da una membrana di idruro di bario (BaH₂). Questo materiale, sintetizzato per la prima volta e non descritto in letteratura fino ad ora, offre un'eccellente conduttività ionica e stabilità sia termica che elettrochimica a temperatura ambiente.
Il cerio, uno dei metalli rari più comuni, rende questa tecnologia economicamente promettente, considerato che le sue riserve nella crosta terrestre superano quelle di rame e piombo. L'anodo della batteria è realizzato in cerio-idruro, mentre il catodo è fatto di idruro di sodio-alluminio (NaAlH₄), garantendo la compatibilità dei componenti e prevenendo reazioni indesiderate.
I test sperimentali hanno confermato le straordinarie prestazioni della nuova batteria: la capacità specifica iniziale ha raggiunto 984 mA·h/g con il potenziale di toccare 1200 mA·h/g, superando di gran lunga le batterie agli ioni di litio, che registrano tra 150 e 300 mA·h/g, e la capacità teorica di 372 mA·h/g degli anodi in grafite. Dopo 20 cicli di carica e scarica, la capacità si è stabilizzata a 402 mA·h/g e la configurazione multistrato ha aumentato la tensione fino a 1,9 V, sufficiente per accendere un LED giallo.
L'ampia varietà di materiali idrati disponibili per l'ulteriore ottimizzazione apre ampie opportunità per lo stoccaggio e la conversione di energia pulita, inclusi dispositivi come celle a combustibile ed elettrolizzatori. A differenza delle batterie al litio, soggette alla formazione di dendriti — strutture metalliche che possono provocare cortocircuiti — l'uso di idrogeno come portatore di carica elimina questi rischi, migliorando la sicurezza. Nonostante le sfide legate alla scalabilità e alla durata della tecnologia, questa potrebbe rivoluzionare i veicoli elettrici, i dispositivi portatili e l'energia rinnovabile, favorendo il passaggio a fonti energetiche sostenibili.
