Le batterie sono degli elementi indispensabili per il funzionamento di molti dispositivi elettronici che usiamo quotidianamente, come i laptop, gli smartphone, i tablet, ecc. tuttavia, le batterie tradizionali, basate sugli ioni di litio, presentano diversi svantaggi, sia dal punto di vista ambientale che di sicurezza, ma se ti dicessi che esistono delle batterie zinco-aria?
Le batterie tradizionali richiedono l’estrazione di grandi quantità di litio, un metallo raro e costoso, che comporta un forte impatto ecologico e sociale, oltre a ciò queste batterie sono soggette a surriscaldamento e a incendi, che possono causare danni ai dispositivi e agli utenti.
Per questi motivi, gli scienziati stanno cercando di sviluppare delle alternative più sostenibili ed efficienti alle batterie agli ioni di litio, ed una di queste alternative sono proprio le batterie zinco-aria, che sfruttano l’ossigeno dell’aria per produrre energia elettrica. Queste batterie hanno diversi vantaggi rispetto alle batterie tradizionali, come una maggiore capacità , una minore tossicità , un minor costo e una maggiore durata.
Ma come funzionano le batterie zinco-aria? Il principio di base è quello di una reazione chimica chiamata reazione di riduzione dell’ossigeno. Questa reazione avviene al catodo (l’estremità positiva) della batteria, dove l’ossigeno viene ridotto in acqua, rilasciando elettroni, questi poi vengono poi trasportati all’anodo (estremità negativa), dove ossidano lo zinco, formando ossido di zinco.
Questo processo genera una corrente elettrica che può alimentare vari dispositivi, tuttavia per mantenere attiva questa reazione, è necessario un buon catalizzatore, ovvero una sostanza che accelera e facilita la reazione senza essere consumata. Il catalizzatore deve avere alcune proprietà molto specifiche, come una rapida assorbimento delle molecole di ossigeno e una facile formazione delle molecole d’acqua, oltre a ciò il catalizzatore deve essere stabile, economico e biocompatibile.
Finora, i catalizzatori più usati per le batterie zinco-aria sono stati quelli a base di metalli nobili, come il platino, l’iridio o il rodio, tuttavia questi catalizzatori hanno dei limiti, come il loro alto costo, la loro scarsa disponibilità e la loro tossicità . Per questo motivo, gli scienziati stanno cercando di trovare dei catalizzatori alternativi, che siano più ecologici ed economici.
Una delle soluzioni più innovative è stata proposta da un gruppo di ricercatori dell’Università di Córdoba in Spagna, che hanno sperimentato l’uso dell’emoglobina come catalizzatore per le batterie zinco-aria. L’emoglobina è la proteina che conferisce ai globuli rossi sia la loro caratteristica tonalità che la loro capacità di trasportare ossigeno; fondamentale per il funzionamento del nostro corpo, e si è rivelato piuttosto impressionante anche nella batteria: solo 0,165 milligrammi di emoglobina l’hanno mantenuta in vita per 20-30 giorni.
Perché l’emoglobina è un buon catalizzatore per le batterie zinco-aria?
La risposta sta nella sua struttura e nella sua affinità con l’ossigeno. L’emoglobina è formata da quattro subunità , ognuna delle quali contiene un gruppo eme, che è una molecola organica con un atomo di ferro al centro, il quale è in grado di legare e rilasciare l’ossigeno, grazie a dei cambiamenti di stato di ossidazione.
In questo modo, l’emoglobina facilita la reazione di riduzione dell’ossigeno, assorbendo rapidamente le molecole di ossigeno e formando molecole d’acqua con relativa facilità .
L’emoglobina, inoltre, è un catalizzatore biocompatibile, il che significa che non è tossico né dannoso per l’ambiente o per la salute, caratteristica che potrebbe rendere le batterie zinco-aria adatte per applicazioni mediche, come i pacemaker o altri dispositivi impiantabili nel corpo umano, nondimeno la batteria funziona a pH 7,4, che è molto simile al pH del sangue.
Le possibilità potrebbero estendersi anche oltre l’uomo, poiché gli analoghi dell’emoglobina sono presenti in molti mammiferi, l’emoglobina, però, non è l’unica proteina che potrebbe essere usata come catalizzatore per le batterie zinco-aria.
Gli scienziati stanno infatti cercando altre proteine che possano avere le stesse o migliori prestazioni, e che possano anche rendere le batterie ricaricabili. Questo è uno dei limiti attuali delle batterie zinco-aria, che una volta esaurite devono essere sostituite. Un altro limite è che queste batterie dipendono dalla disponibilità di ossigeno, il che le rende inadatte per ambienti privi di aria, come lo spazio.
Nonostante questi ostacoli, le batterie zinco-aria rappresentano una delle soluzioni più sostenibili e innovative per il futuro dell’energia, questo perché a differenza delle batterie agli ioni di litio, oltre ad essere più ecologiche e sicure, sono più economiche, e non sono soggette a surriscaldamento e a incendi, che possono compromettere la sicurezza degli utenti.
Se vuoi approfondire questo argomento, puoi leggere lo studio pubblicato sulla rivista Energy & Fuels, dove i ricercatori spiegano nel dettaglio e in modo molto più tecnico il loro esperimento e i loro risultati.
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