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Scoperte nuove 31.618 molecole per le batterie Redox

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Uno studio del DIFFER, l’Istituto Olandese per la ricerca in campo energetico, ha individuato 31.618 nuove molecole le cui proprietà si prestano particolarmente alla capacità di generazione e alla densità delle batterie a flusso redox, innovativo sistema di stoccaggio dell’energia. 

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I ricercatori dell’Istituto olandese per la ricerca energetica  (DIFFER) hanno individuato 31.618 molecole che potrebbero essere potenzialmente utilizzate nelle future batterie a flusso redox e creato un apposito database per rendere subito accessibili le loro proprietà. La scoperta è stata pubblicata sul sito ufficiale dell’Istituto e sulla rivista scientifica Scientific Data.

Sono centinaia le molecole progettate negli ultimi anni, potenzialmente utili nelle batterie a flusso per lo stoccaggio di energia pulita. Il problema, però, è sempre stato lo stesso: per molte di queste molecole le proprietà non sono note.

Esempi di proprietà molecolari sono il potenziale redox e la solubilità in acqua. Si tratta di dati importanti, poiché correlati alla capacità di generazione di energia e alla densità di energia delle batterie a flusso redox.

Batterie a flusso redox

Si tratta di batterie molto promettenti per l’accumulo di energia. Le Redox Flow Battery o batterie di flusso redox sono dispositivi di accumulo elettrochimico, una sorta di ibrido tra una batteria convenzionale e una cella a combustibile. Parliamo di tecnologie collaudate, ma finora implementate limitatamente e soltanto con alcune specie chimiche attive.

La struttura di queste batterie si basa su due serbatoi, contenenti fluidi elettroliti e una cella elettrochimica. A differenza delle più classiche piombo-acido o ioni di litio, infatti, in queste batterie le sostanze elettroattive si trovano disciolte nel liquido elettrolita. La reazione redox avviene nei serbatoi e la ricarica si effettua semplicemente sostituendo l’elettrolita liquido.

La batteria di flusso redox più studiata e testata sino ad oggi impiega il vanadio, i cui composti sono considerati altamente tossici, soprattutto se inalati.

Intelligenza artificiale e supercomputer per la sperimentazione

Per identificare le proprietà ancora sconosciute delle molecole, stavolta gli scienziati del DIFFER hanno utilizzato intelligenza artificiale e supercomputer, eseguendo le sperimentazioni in quattro passaggi.

Nella prima fase sono stati utilizzati degli algoritmi intelligenti per creare migliaia di varianti virtuali di due tipi di molecole: i chinoni e gli aza aromatici. Queste famiglie di molecole possono accettare e donare elettroni in modo reversibile, qualità importantissima per le batterie. I ricercatori hanno quindi alimentato il computer con strutture portanti di 24 chinoni e 28 aza-aromatici, più cinque diversi gruppi chimicamente rilevanti. In questo modo il computer è riuscito a creare 31.618 molecole diverse.

In un secondo momento, i ricercatori hanno utilizzato i supercomputer per calcolare con la chimica quantistica quasi 300 diverse proprietà di ciascuna molecola. 

Nella terza fase, i ricercatori hanno utilizzato l’apprendimento automatico per prevedere se le molecole si sarebbero potute dissolvere in acqua.

Il quarto e ultimo passaggio è consistito nella creazione di un database leggibile sia dall’uomo che dalle macchine. Il RedDB (Redox DataBase) contiene la denominazione di ogni singola molecola e la descrizione delle sue proprietà.

Ora che il database è pubblico, per i ricercatori diviene più agevole lo studio e la progettazione di molecole di alta qualità per lo stoccaggio di energia.

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