Nasce la prima batteria al sodio allo stato solido senza anodo
Per le batterie ricaricabili fare a meno di un elettrodo preinstallato non costituisce più una novità. Ad aprire la strada commerciale sono state le celle elettrochimiche al litio metallico ed elettrolita solido di QuantumScape: le prime in assoluto messe sul mercato senza anodo. Ma negli Stati Uniti c’è chi ha voluto replicare l’innovazione impiegando un’altra chimica di base. È nata così la prima batteria al sodio allo stato solido senza anodo, creata nei laboratori dell’Università di Chicago.
Il lavoro, frutto della collaborazione tra gli ingegneri molecolari dell’ateneo e i colleghi dell’Università della California di San Diego, ha impresso un notevole passo avanti per la ricerca di settore.
In generale le batterie senza anodo possiedono diversi vantaggi grazie a peso, volume e costo ridotti. Tuttavia riuscire a implementare un prodotto funzionante costituisce ancora una sfida, soprattutto a causa delle reazioni di interfaccia anodo-elettrolita liquido. Un elettrolita solido ed elettrochimicamente stabile, in questo caso, può rappresentare una delle migliori soluzioni e Quantum Scape lo ha dimostrato in pieno. L’approccio consente una tensione di cella più elevata e, nel contempo, una maggiore densità di energia.
Ma gli scienziati volevano un prodotto che fosse non solo potente ma anche più ecologico ed economico delle batterie basate sul litio.
Per creare una batteria al sodio allo stato solido senza anodo, il team ha dovuto inventare una nuova architettura. “Sebbene in passato siano esistite batterie a ioni sodio, batterie allo stato solido e batterie senza anodo, nessuno è mai riuscito a combinare con successo queste tre idee finora”, ha affermato Grayson Deysher, dottorando presso l’UC San Diego e primo autore dell’articolo pubblicato su Nature Energy (testo in inglese).
Un collettore in polvere di alluminio
Rimuovendo questo elettrodo, gli ioni si immagazzinano su una deposizione elettrochimica di metallo alcalino direttamente al livello del collettore di corrente. In questo caso gli ingegneri hanno creato il collettore utilizzando polvere di alluminio. E lo hanno disposto intorno all’elettrolita solido.
Durante l’assemblaggio della cella, la polvere è stata densificata ad alta pressione per formare un elemento a sua volta solido ma che mantenesse un contatto simile a quello di un liquido con l’elettrolita.
Il risultato? L’unità ha mostrato una placcatura e una rimozione del sodio altamente reversibili sia a capacità areali che a densità di corrente elevate. E ha superato stabilmente centinaia di cicli di carica/scarica.
“Le batterie allo stato solido al sodio sono solitamente considerate una tecnologia lontana nel tempo, ma speriamo che questo documento possa dare impulso a un’ulteriore spinta nel settore, dimostrando che può effettivamente funzionare bene, in alcuni casi anche meglio della versione al litio”, ha affermato Deysher. Deysher e la collega e professoressa Shirley Meng hanno depositato una domanda di brevetto per il loro lavoro presso l’Ufficio per l’innovazione e la commercializzazione dell’Università della California di San Diego.