Ecco come far durare più a lungo le batterie a litio-ossigeno

In Austria la spesa per la Ricerca e Sviluppo è pari al 3,19% del Pil, superiore all’obiettivo del 3% previsto dall’Unione Europea per il 2020. Questo è il risultato di una fiscalità vantaggiosa per le spese effettuate in R&S.

In questo contesto si inserisce la scoperta fatta dal prof. Stefan Freunberger, docente presso l’Istituto di Tecnologie chimiche dei materiali dell’Università Tecnologica di Graz, di un tipo di batterie al litio-ossigeno più efficienti, economiche e rispettose dell’ambiente rispetto a quelle attuali.

Collaborando con scienziati coreani e statunitensi, il ricercatore austriaco ha scoperto la similitudine tra il flusso di elettroni all’interno del circuito esterno e gli accumulatori di carica nelle batterie a ossigeno tramite i mediatori redox che possono essere ridotti e ossidati reversibilmente, e il processo di invecchiamento delle cellule di organismi viventi.

Entrambi sono causati da un processo di reazione dell’ossigeno singoletto, il più basso degli stati eccitati dell’ossigeno molecolare che viene prodotto soprattutto nella terapia fotodinamica per il trattamento dei tumori. Il lavoro dei ricercatori dell’Università di Graz spiega come l’attività dei mediatori sia assimilabile a quello che accade in un essere vivente, in quanto anche in quest’ultimo caso i mediatori conducono gli stimoli e producono energia.

L’ossigeno singoletto, oltre a disattivare i mediatori redox, è responsabile anche di specifiche reazioni chimiche tese a ridurre la vita e la carica delle batterie. Per la prima volta il docente austriaco è riuscito a definire il caricamento di cellule litio-ossigeno, totalmente prive di reazioni secondarie: “Nelle cellule viventi un enzima chiamato superossido dismutasi previene la formazione dell’ossigeno singoletto, e nei miei esperimenti ho utilizzato il DABCOnium, un sale specifico dl nitrogeno organico composto DABCO”.

“Fino ad oggi si è dato per certo che i mediatori redox venissero disattivati da superossidi e perossidi, ma la nostra ricerca dimostra che in realtà è l’ossigeno singoletto ad esserne responsabile. Queste conoscenze aiutano a sviluppare mediatori redox nuovi e stabili. Più i mediatori sono stabili, più la batteria sarà efficiente, reversibile e duratura.” Con queste parole il prof. Freunberger spiega, sulla rivista Nature Communications, il motivo per cui alcune classi di mediatori siano più resistenti all’ossigeno singoletto rispetto ad altre.

La prossima sfida dello scienziato è diretta a sviluppare una nuova classe di mediatori, per cercare di implementare in modo sensibile la durata e l’efficienza delle batterie al litio-ossigeno.