Dall’Università del Tōhoku, in Giappone, arriva un nuovo design per batterie acquose polimero-aria. Un gruppo di scienziati dell’ateneo, in collaborazione con esperti dell’azienda Nitto Boseki Co., ha messo a punto un polimero redox organico in grado di immagazzinare in modo reversibile la carica elettrica mediante riduzione e ossidazione e di superare, al contempo, i limiti degli ioni metallici.
Per capire la portata del lavoro è necessario, tuttavia, fare qualche passo indietro.
Batterie acquose, come funzionano?
Le batterie “acquose” sono unità elettrochimiche che utilizzano elettroliti a base d’acqua, offrendo vantaggi quali una maggiore conduttività ionica e una maggiore sicurezza. Non solo: l’utilizzo di tali elettroliti acquosi elimina la necessità di costosi elettroliti organici, che sono anche infiammabili e tossici, con una conseguente significativa riduzione dei costi.
Tradizionalmente queste batterie impiegano elettrodi metallici, ma negli ultimi anni – a causa della formazione di dendriti durante la carica – la ricerca di settore ha tentato di sostituirli con elettrodi organici.
Peccato che la sostituzione si sia rivelata più complessa del previsto. “Le molecole redox organiche responsabili dell’immagazzinamento della carica elettrica sono spesso idrofobiche”, spiegano gli scienziati giapponesi nell’articolo pubblicato su Polymer Journal. “Pertanto, per applicare polimeri redox organici alle batterie acquose, è essenziale una strategia di progettazione molecolare che conferisca idrofilia alle molecole redox organiche immobilizzandole sull’elettrodo per impedirne la dissoluzione nell’elettrolita”.
Un nuovo polimero per elettrodi organici
Il team ha risolto il problema progettando uno speciale polimero composto da p-diidrossibenzene (una molecola organica con un’elevata capacità di accumulo di carica) in una poliammina (solubile in acqua). La macromolecola risultante vanta così un’elevata idrofilia grazie alla poliammina e può al contempo essere impiegata come materiale elettroattivo a temperatura ambiente (25 °C). Inoltre, è in grado di facilitare il riciclo delle nuove batterie, dal momento che può essere scomposta nei suoi componenti base a temperature inferiori a 100 °C.
Gli scienziati hanno utilizzato il nuovo polimero in una batteria acquosa polimero-aria senza alcun separatore interno. L’unità sperimentale ha mostrato una tensione di scarica costante, un’elevata ciclabilità (ritenzione di capacità >99% dopo 100 cicli) e una capacità ad alta velocità.
“Questo studio fornisce una strategia di progettazione per rendere le molecole redox idrofobiche compatibili con i sistemi acquosi”, ha affermato Kouki Oka, professore associato presso l’Istituto di Ricerca Multidisciplinare per i Materiali Avanzati dell’Università di Tohoku. “Combinando l’elevata capacità di accumulo di carica con la riciclabilità, possiamo aprire nuove direzioni per la ricerca sulle batterie sostenibili”.
La ricerca è apparsa nell’articolo “Hydroquinone-substituted polyallylamine: redox capability for aqueous polymer–air secondary batteries and recyclability”, Polymer Journal (2025)