Un gruppo di ricerca coordinato da Liangbing Hu ha sviluppato un elettrolita per accumulatori ricavato direttamente dagli scarti alimentari della pesca. Il componente centrale della cella deriva dalla lavorazione dei carapaci di crostacei comunemente consumati a tavola.
I risultati ottenuti in laboratorio descrivono un dispositivo con caratteristiche elettrochimiche stabili, capace di superare uno dei limiti storici delle batterie a base di zinco metallico.
Dai gusci dei crostacei al gel elettrolitico
Il materiale chiave del progetto è la chitina, la sostanza rigida che costituisce la corazza di granchi, gamberi e aragoste. Trattata chimicamente, la chitina viene convertita in chitosano, un polimero più morbido e versatile.
L’industria della lavorazione ittica genera enormi volumi di carapaci di scarto ogni anno. Hu ha evidenziato come gli esoscheletri costituiscano la fonte primaria di chitosano, facilmente reperibile senza ricorrere a pratiche di estrazione mineraria.
I ricercatori hanno convertito questo chitosano in un gel conduttivo. La sostanza agisce come elettrolita, permettendo il transito degli ioni tra i due elettrodi della cella.
Come il biopolimero protegge l’anodo
Il prototipo impiega un anodo di zinco metallico, un elemento chimico soggetto a gravi problemi strutturali durante l’uso continuo. Con il susseguirsi delle cariche e delle scariche, il metallo tende a formare escrescenze microscopiche appuntite chiamate dendriti, responsabili di cortocircuiti precoci.
Il controllo molecolare delle dendriti
Il gel a base di chitosano contiene ioni di zinco vincolati all’interno della sua matrice. Questa architettura guida lo zinco a depositarsi in modo uniforme sulla superficie dell’elettrodo.
Invece di generare accumuli disordinati e appuntiti, il metallo crea strati piatti e compatti. L’omogeneità della deposizione preserva l’integrità dell’anodo ed evita cedimenti interni della cella.
I parametri tecnici: 1.000 cicli ed efficienza al 99,7%
Nel corso dei test sperimentali, la cella allo zinco ha operato per oltre 1.000 cicli continuativi. L’efficienza coulombiana registrata si è attestata al 99,7%, indice del fatto che la quasi totalità della carica immessa viene restituita in fase di scarica.
Oltre alle prestazioni elettriche, la disponibilità del materiale rappresenta un vantaggio competitivo. Lo zinco risulta molto più abbondante nella crosta terrestre rispetto al litio, caratteristica che Hu associa a prospettive di minori costi e maggiore sicurezza nei dispositivi maturi.
Il ciclo di smaltimento nel terreno
A fine vita, il gel di chitosano sepolto nel terreno viene decomposto dai microrganismi in circa cinque mesi. Il residuo non degradato è costituito dallo zinco metallico, che può essere recuperato e avviato al riciclo industriale.
Circa due terzi dell’intera batteria risultano biodegradabili. Il confronto con gli accumulatori commerciali a ioni di litio evidenzia un impatto differente: i separatori in polipropilene e policarbonato attualmente in uso richiedono centinaia o migliaia di anni per decomporsi nell’ambiente.
Limiti attuali e prospettive industriali
La ricerca, comparsa nel settembre 2022 sulla rivista scientifica Matter, riguarda una singola dimostrazione su scala di laboratorio. Hu ha confermato che l’obiettivo finale resta la biodegradabilità dell’intera batteria, inclusi i processi industriali di fabbricazione, traguardo non ancora raggiunto dal prototipo attuale.
Sull’efficacia reale della tecnologia allo zinco esistono inoltre valutazioni discordanti all’interno della comunità scientifica. La ricercatrice Linda Nazar ha osservato che i cicli di ricarica ultrarapidi documentati nei test di laboratorio non rispondono necessariamente ai requisiti di stabilità pluridecennale imposti dalle reti elettriche di accumulo stazionario.
