I ricercatori sviluppano una batteria al sodio ad alta densità di energia

Ricercatori di varie università, tra cui la TU Delft, hanno scoperto una nuova composizione chimica che rende le batterie agli ioni di sodio più competitive con le batterie agli ioni di litio. In laboratorio, ciò si traduce in una durata molto più lunga, una ricarica più rapida e una maggiore densità di energia.

Le batterie agli ioni di sodio stanno guadagnando attenzione perché utilizzano materie prime meno critiche. Gli ioni si muovono attraverso il sodio invece che attraverso il litio, e l'anodo non ha necessariamente bisogno della grafite, né il catodo ha bisogno del cobalto. Le materie prime per questo tipo di batterie sono geopoliticamente meno costose, perché sono più economiche da produrre e si trovano in quasi tutti i continenti. La materia prima principale è il cloruro di sodio (NaCl) o sale da cucina. Ciò rende le batterie agli ioni di sodio un'alternativa interessante alle comuni varianti al litio. Come descritto in un precedente articolo sulle batterie al sodio, lo sviluppo è ancora in ritardo, ma il potenziale è grande. Le batterie domestiche e i veicoli elettrici a base di sodio sono già in fase di sviluppo. Gli svantaggi sono che la densità energetica è inferiore, le celle della batteria non si caricano così velocemente e la loro durata è più breve.

Questi punti negativi sembrano ora essere stati ampiamente superati. Sulla rivista Nature, ricercatori di diverse università, tra cui la TU Delft, hanno pubblicato una nuova composizione catodica basata su una miscela di sodio (Na), litio (Li), nichel (Ni), manganese (Mn) e titanio (Ti). . Gli ioni di sodio sono più grandi degli ioni di litio, il che limita la potenza di carica massima. Ma la nuova composizione e struttura del catodo favorisce una maggiore diffusione degli ioni di sodio, consentendo processi di carica e scarica più rapidi rispetto alle attuali batterie al sodio. Tuttavia, nello studio non sono stati menzionati specificamente numeri specifici.

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Di conseguenza ricerca La durata è prolungata dal 20 al 40% rispetto alle batterie al sodio esistenti. In laboratorio, dopo una ricarica rapida continua a 3°C, le celle sperimentali avevano ancora l'80% della loro capacità residua dopo oltre 700 cicli di ricarica. Altrove si parla di 1.000 cicli e dell'88% di capacità residua in un altro esperimento. Ciò dimostra in particolare le potenzialità della nuova configurazione; Non è chiaro quanto durerà la longevità con velocità di ricarica inferiori. In confronto, le comuni celle NMC e LFP possono raggiungere migliaia di cicli in condizioni di utilizzo normale.

Un altro svantaggio delle batterie al sodio è la loro minore densità energetica, che le rende più pesanti. Le batterie LFP, sempre più utilizzate nei veicoli elettrici, dimostrano che questo non deve essere insormontabile. Secondo lo studio a livello degli elettrodi è stata raggiunta una densità di potenza di 260 Wh/kg, particolarmente elevata per le celle al sodio. A livello di cella, compresi alloggiamento, anodo, separatore ed elettrolita, questo valore è leggermente inferiore: circa 210 Wh/kg su una base di circa l'80%. Ciò rappresenta ancora un miglioramento significativo rispetto alla densità di energia gravimetrica dell’LFP e delle celle agli ioni di sodio esistenti di circa 160 W/kg. Si avvicina alle migliori celle agli ioni di litio oggi disponibili con catodi NMC, che attualmente vanno da 260 a 300 Wh/kg.

Secondo lo studio, la nuova formulazione si adatta bene ai processi di produzione esistenti delle batterie agli ioni di litio, il che potrebbe facilitarne l’implementazione in applicazioni commerciali. A causa delle materie prime meno critiche, anche la produzione di batterie al sodio sarà più economica a lungo termine. Nel Volkskrant “Non direi mai che la scoperta cambi tutto, ma questa ricerca dimostra che l'uso del sodio offre delle prospettive. Sono convinto che le batterie agli ioni di sodio diventeranno importanti nei prossimi decenni”, afferma la ricercatrice Marnix Wagmaker dell'Università di Delft.

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