Le batterie agli ioni di sodio prenderanno il posto di quelle al litio? È ancora prematuro dirlo, ma la ricerca di settore ha grandi aspettative. Sulla carta, questa tecnologia offre dei vantaggi innegabili: a differenza del litio, il sodio è economico, facilmente reperibile e geograficamente diffuso, e il suo processo di estrazione non è dannoso per l’ambiente.
Diverse caratteristiche, tuttavia, devono ancora essere migliorate per ottenere un prodotto affidabile e competitivo, a cominciare dalla densità energetica, ancora troppo bassa per questa chimica.
Oggi, due nuovi studi aggiungono importanti passi avanti sul percorso verso il mercato. In Giappone, un gruppo di scienziati ha trovato il modo per aumentare la durata di queste batterie nella versione con elettrolita liquido, mentre negli Stati Uniti è stato migliorato il design di una batteria al sodio allo stato solido per garantire buone prestazioni anche a temperature sotto lo zero.
Vediamo nel dettaglio entrambi i lavori.
I chimici dell’Università delle Scienze di Tokyo si sono focalizzati sui materiali catodici per batterie agli ioni di sodio ad alta capacità. Negli ultimi anni, nel campo si sono fatti strada gli ossidi di sodio e manganese stratificati grazie alla loro elevata capacità iniziale. Al tempo stesso questi materiali sono caratterizzati da una rapida degradazione della stessa durante i cicli di carica-scarica.
Il problema? Durante il ciclo di carica-scarica degli elettrodi NaMnO₂, gli ioni Na⁺ vengono costantemente inseriti ed estratti dal materiale catodico. Questo processo è accompagnato da cambiamenti negli stati di ossidazione del manganese che portano a una distorsione del reticolo cristallino circostante, riducendo l’energia elettronica e, nel tempo, anche la capacità.
Il team di ricerca guidato dal professor Shinichi Komaba ha scoperto che il drogaggio con scandio (Sc) può migliorare notevolmente la stabilità ciclica degli elettrodi in ossido di sodio e manganese, dimostrando un ciclo stabile per oltre 300 cicli in una cella agli ioni di sodio. Leggi la ricerca “Unique Impacts of Scandium Doping on Electrode Performance of P’2‐ and P2‐type Na2/3MnO2“, su Advanced Materials.
Un nutrito gruppo di ricercatori provenienti da Stati Uniti, Taiwan e Singapore ha messo a punto un nuovo design di batteria allo stato solido a base di sodio con una conduttività ionica migliorata.
L’unità impiega una forma metastabile di idridoborato di sodio ad alta conduttività ionica, consentendo di realizzare catodi spessi che mantengono le prestazioni dalla temperatura ambiente fino a temperature sotto lo zero.
“Più spesso è il catodo, migliore è la densità energetica teorica della batteria, ovvero la quantità di energia trattenuta in un’area specifica”, ha affermato il primo autore Sam Oh.
Questo approccio riduce il divario prestazionale con le batterie al litio e offre un’alternativa scalabile e meno dannosa per l’ambiente per l’accumulo di energia.
Leggi lo studio “Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes”, pubblicato su Joule