Sfruttare fonti ioniche diverse dal costoso e raro litio e sviluppare batterie basate sui ben più comuni ioni al sodio: ecco i risultati di un recentissimo studio.

Avere batterie performanti che accumulino molta energia, che durino nel tempo e si ricarichino velocemente è un’esigenza sempre più pressante.

Un recente studio ha investigato la possibilità di sfruttare fonti ioniche diverse dal costoso e raro litio e sviluppare batterie basate sui ben più comuni ioni al sodio.

I ricercatori della Washington State University (WSU) e del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno creato una batteria agli ioni di sodio che contiene energia e funziona quanto le batterie al litio commerciali, rendendo questa nuova tecnologia potenzialmente praticabile sfruttando fonti di materiali abbondanti ed economiche.

Il team riporta uno dei migliori risultati fino ad oggi per una batteria agli ioni di sodio. È in grado di fornire una capacità simile ad alcune batterie agli ioni di litio e di ricaricarsi con successo, mantenendo oltre l’80% della sua carica dopo 1.000 cicli.

La ricerca, guidata da Yuehe Lin, professore alla School of Mechanical and Materials Engineering della WSU, e Xiaolin Li, ricercatore senior presso PNNL, è pubblicata sulla rivista ACS Energy Letters.

Questo è uno sviluppo importante per le batterie agli ioni di sodio

ha affermato il dott. Imre Gyuk, direttore dell’Energy Storage per il Dipartimento dell’Energia elettrica del Dipartimento dell’Energia, che ha supportato questo lavoro presso PNNL che continua

Esiste un grande interesse per il potenziale di sostituzione delle batterie agli ioni di litio con ioni di sodio in molte applicazioni.

Le batterie al litio sono onnipresenti, ma molto costose.

Le batterie agli ioni di litio sono onnipresenti, utilizzate in numerose applicazioni come telefoni cellulari, laptop e veicoli elettrici. Ma sono realizzati con materiali, come il cobalto e il litio, che sono rari e costosi. Con l’aumentare della domanda di veicoli elettrici e di stoccaggio di elettricità, questi materiali diventeranno più difficili da ottenere e forse più costosi. Le batterie al litio sarebbero anche problematiche nel soddisfare l’enorme domanda crescente di accumulo di energia della rete elettrica.

Le batterie al sodio potrebbero essere buoni candidati per l’immagazzinamento di energia su larga scala

D’altra parte, le batterie agli ioni di sodio, prodotte con sodio economico, abbondante e sostenibile dagli oceani o dalla crosta terrestre, potrebbero essere un buon candidato per l’immagazzinamento di energia su larga scala. Sfortunatamente, non trattengono la stessa energia delle batterie al litio. Hanno anche difficoltà a ricaricarsi come sarebbe necessario per un efficace accumulo di energia. Un problema chiave per alcuni dei materiali catodici più promettenti è che uno strato di cristalli di sodio inattivi si accumula sulla superficie del catodo, arrestando il flusso di ioni sodio e, di conseguenza,
uccidendo la batteria.

La sfida principale è che la batteria abbia sia un’elevata densità di energia che una buona durata del ciclo

ha dichiarato Junhua Song, autore principale del documento e laureato in WSU, attualmente al Lawrence Berkeley National Laboratory.

Come parte del lavoro, il team di ricerca ha creato un catodo a ossido di metallo a strati e un elettrolita liquido che includeva ioni di sodio extra, creando una “zuppa più salata” che aveva una migliore interazione con il loro catodo.

Il loro design a catodo e il sistema elettrolitico hanno consentito il continuo movimento degli ioni sodio, prevenendo l’accumulo di cristalli superficiali inattivi e consentendo una generazione di elettricità senza ostacoli.

La nostra ricerca ha rivelato la correlazione essenziale tra evoluzione della struttura del catodo e interazione superficiale con l’elettrolita

ha detto Lin che conclude

Questi sono i migliori risultati mai registrati per una batteria agli ioni di sodio con un catodo a strati e dimostrano che questa è una tecnologia praticabile che può essere paragonabile alle batterie agli ioni di litio.

I ricercatori stanno ora lavorando per comprendere meglio l’importante interazione tra il loro elettrolita e il catodo, in modo che possano lavorare con materiali diversi per migliorare il design della batteria.

I ricercatori protagonisti di questo studio vogliono anche progettare una batteria che non usi il cobalto, un altro metallo relativamente costoso e raro.
Questo lavoro apre la strada a pratiche batterie agli ioni di sodio e le intuizioni sull’interazione catodo-elettrolita fanno luce su come si potranno sviluppare futuri
materiali catodici privi di cobalto o a basso contenuto di cobalto nelle batterie agli ioni di sodio e in altri tipi di batterie chimiche.

Dice Song:

Se possiamo trovare alternative praticabili sia al litio sia cobalto, la batteria agli ioni di sodio potrebbe davvero essere competitiva rispetto alle batterie agli ioni di litio. E questo sarebbe un punto di svolta.