Progressi significativi nella ricerca tecnologica sulle batterie agli ioni di sodio

La batteria agli ioni di sodio rappresenta una nuova forma di tecnologia di accumulo dell’energia, che succede alla batteria agli ioni di litio. A differenza delle batterie agli ioni di litio, le batterie agli ioni di sodio sfruttano le abbondanti risorse di sodio presenti sulla Terra, in particolare nel sale estratto dall’acqua di mare, e impiegano elettroliti solubili in acqua. Questo design offre il vantaggio di attingere a ricche fonti di materie prime ed eliminare la necessità di ambienti di produzione ultra-puliti. Di conseguenza, si prevede che la prossima generazione di batterie per l’accumulo di energia sarà prodotta a un costo inferiore.

A causa del raggio ionico più ampio degli ioni di sodio, le batterie agli ioni di sodio spesso devono affrontare sfide quali bassa capacità e prestazioni del ciclo inadeguate. A livello internazionale, numerosi studiosi hanno condotto approfondite ricerche di base sui materiali degli elettrodi agli ioni di sodio, ottenendo notevoli progressi. Supportato dalla National Natural Science Foundation of China (21336003 e 21073120) e dal National 973 Program (2014CB239700), il gruppo di ricerca del professor Ma Zifeng presso l'Università Jiao Tong di Shanghai ha applicato l'ossido di grafene per migliorare Na2/3[Ni1/3Mn2/3] per applicazioni industriali applicazioni. Hanno modificato l'elettrodo O2, producendo un elettrodo flessibile privo di leganti con caratteristiche di elevata conduttività. Sorprendentemente, questo elettrodo ha mostrato capacità e prestazioni di ciclo encomiabili con cicli di carica e scarica che vanno da 0,1°C a 10°C (J. Madre. Chimica. A, 2 (2014) 6723-6727).

In una recente innovazione, il gruppo di ricerca ha utilizzato materiale economico blu di Prussia (NaMFe(CN)6) e ha ottimizzato la sua struttura molecolare interna per sviluppare un materiale catodico per batterie agli ioni di sodio ad alta capacità e a lungo ciclo di vita con una capacità specifica fino a 118,2 mAh/g (a 10 mA/g). Questa capacità era paragonabile al materiale Na2MnFe(CN)6. Dopo 800 cicli di carica e scarica a una densità di corrente di 100 mA/g, il materiale ha dimostrato un impressionante tasso di ritenzione della capacità pari all'83,8%, superando significativamente il materiale Na2MnFe(CN)6.

In particolare, il gruppo di ricerca ha raggiunto un traguardo rivoluzionario combinando questo materiale con un elettrodo negativo al carbonio duro per creare un prototipo di batteria agli ioni di sodio per l’accumulo di energia. Con una densità di energia che raggiunge 81,72 Wh/kg, il doppio di quella di una batteria al piombo-acido, pone una solida base tecnica per l’industrializzazione delle batterie agli ioni di sodio per l’accumulo di energia.