Gli ultimi progressi sulle batterie a ioni di sodio
(Rinnovabili.it) – Negli ultimi anni la domanda di dispositivi di accumulo energetico è aumentata in modo significativo ma lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio si è scontrato con un grande ostacolo: le materie prime sono scarse e geograficamente concentrate. Tra le alternative studiate per rimpiazzare le ricaricabili oggi più diffuse sul mercato, ci sono anche le batterie a ioni di sodio.
Il principio di funzionamento e l’architettura delle celle sono identiche. La grande differenza è che queste batterie utilizzano ioni di sodio (Na+) come portatori di carica. Il loro più grande vantaggio? Il sodio è abbondante ed economico. Di contro, tuttavia, offre una densità di energia ancora bassa rispetto agli ioni di litio e una durata (in termini di cicli di carica/scarica) insufficiente. Per aumentare le prestazioni un gruppo di scienziati cinesi ha introdotto nella ricetta un particolare tipo di rifiuto: i carapaci dei granchi destinati all’alimentazione umana. Nel dettaglio il gruppo ha trasformato questi scarti dell’industria alimentare in materiali porosi e ricchi di carbonio da impiegare come anodo nelle batterie a ioni di sodio.
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Anodi al sodio, un aiuto dai rifiuti
Le batterie a ioni di sodio impiegano da sempre carbonio duro al posto della grafite a causa delle proprietà fisiche ed elettrochimiche del sodio stesso. Ma i risultati sono stati sempre molto contenuti sia in termini di densità energetica che di cicli. Sperimentando l’aggiunta di altre particelle al carbonio duro, dal magnesio alla stessa grafite, si sono raggiunti valori di intorno ai 400 mAh/g. Ma il team, composto da Yun Chen, Yue Zhao, Hongbin Liu e Tingli Ma, ha fatto di meglio.
Gli scienziati hanno riscaldato i carapaci a oltre 500°C per “carbonizzarli”. Quindi hanno aggiunto una parte del carbonio a una soluzione di solfuro di stagno (SnS2) e ad una di solfuro di ferro (FeS2), facendole essiccare per formare due tipi di anodi. Secondo i ricercatori, la struttura porosa e fibrosa del “carbonio di granchio” fornisce un’ampia superficie, che migliora la conduttività del materiale e la capacità di trasportare gli ioni in modo efficiente. Durante il test su una batteria modello, il team ha scoperto che entrambi i compositi avevano buone capacità e potevano durare per almeno 200 cicli. Per la precisione, alla densità di corrente di 0,1 A/g l’anodo in carbonio duro + SnS2 ha fornito una capacità di 535,4 mA h/g; quello in carbonio duro+FeS2 una capacità di 479 mA h/g. I risultati sono stati pubblicati su ACS Omega (testo in inglese).