I bassi costi di produzione e la grande abbondanza delle materie prime rendono le batterie agli ioni di sodio una promettente alternativa alle ben più diffuse batterie agli ioni di litio. Nonostante questo potenziale, il progresso del segmento è ostacolato da due sfide principali: la densità energetica relativamente bassa, che mina la loro competitività sul mercato di queste batterie sul mercato; e l’uso di elettroliti liquidi organici, con annessi problemi di sicurezza.
Per affrontare questi problemi, la ricerca si è focalizzata sugli elettroliti solidi, intrinsecamente più sicuri e in grado di far crescere la densità di energia grazie all’utilizzo di anodi in sodio metallico.
Ma la quadra è ancora lontana. Ogni elettrolita solido porta con sé vantaggi e svantaggi. In molti casi uno dei punti deboli da risolvere è la bassa conduttività ionica. Sfida a cui oggi vengono in soccorso i conduttori superionici di sodio (NASICON) come materiale per elettrodi.
Gli ultimi progressi in questa particolare branca arrivano da team internazionale di ricercatori interdisciplinari, tra cui il Canepa Research Laboratory dell’Università di Houston. Il gruppo ha trovato un modo semplice per sintetizzare un particolare conduttore superionico di sodio. Parliamo del il fosfato di sodio e vanadio con formula chimica NaxV2(PO4)3.
A differenza dei materiali esistenti, questo composto ha un modo unico di gestire il sodio, che gli consente di funzionare come un sistema monofase. In altre parole rimane stabile mentre rilascia o assorbe ioni sodio, e quindi durante la carica e la scarica. Erogando al contempo una tensione continua di 3,7 volt rispetto al sodio metallico, superiore ai 3,37 volt dei materiali esistenti.
Sebbene sulla carta questa differenza possa sembrare piccola, a livello di densità energetica il miglioramento è sensibile: più 15%. I test hanno mostrato che le batterie agli ioni di sodio con il nuovo materiale vantano una densità energetica di 458 Wh/kg rispetto ai 396 Wh/kg delle vecchie batterie agli ioni di sodio.
La chiave della sua efficienza è il vanadio (V), che può esistere in più stati stabili, consentendogli di trattenere e rilasciare più energia. “Il continuo cambiamento di tensione è una caratteristica fondamentale“, ha affermato Canepa. “Significa che la batteria può funzionare in modo più efficiente senza compromettere la stabilità dell’elettrodo. È un punto di svolta per la tecnologia agli ioni di sodio”.
Le implicazioni di questo lavoro vanno oltre le batterie agli ioni di sodio. Il metodo di sintesi utilizzato per creare NaxV2(PO4)3 potrebbe essere applicato ad altri materiali con chimiche simili, aprendo nuove possibilità per tecnologie avanzate di accumulo di energia. Ciò potrebbe a sua volta avere un impatto su tutto il segmento energetico.
I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Materials.