Nuovi progressi per un futuro di batterie senza materie prime critiche
(Rinnovabili.it) – Il mercato delle batterie ricaricabili è in rapida crescita. Si prevede che la domanda del solo comparto automobilistico aumenterà di circa il 30% entro il 2030, avvicinandosi a quota 4.500 GWh l’anno. Un’esplosione di richieste da cui scaturisce inevitabilmente una riflessione: le materie prime necessarie per realizzarle sono limitate, costose e in alcuni casi legati a specifici mercati.
Per offrire un’alternativa allo stato dell’arte, un gruppo di ricerca congiunto dell’HZB e dell’Humboldt-Universität zu Berlin sta studiando nuove combinazioni di soluzioni elettrolitiche e materiali per elettrodi da impiegare nelle batterie al sodio. Sulla carta le ricaricabili a ioni Na+ hanno diversi vantaggi, primo fra tutti l’abbondanza e la facilità di reperimento del materiale. Ma offre anche dei contro, quali la bassa densità di energia (<160 Wh/kg) e il limitato numero di cicli carica-scarica.
Il team tedesco sta cercando di risolvere questi problemi con un nuovo approccio che potrebbe regalare al mercato batterie senza materie prime critiche. “Stiamo lavorando con gli ioni di sodio – spiega spiega il prof. Philipp Adelhelm – poiché si trovano anche nel sale da cucina economico. Immagazziniamo gli ioni insieme alla loro sfera di solvatazione”, cioè le molecole di solvente dalla soluzione elettrolitica che circondano gli ioni. “Ciò consente di realizzare reazioni di accumulo completamente nuove”.
Questa inclusione di ioni accompagnata dalla loro sfera di solvatazione in un reticolo cristallino è chiamata co-intercalazione. Finora, questo concetto era stato limitato all’elettrodo negativo della batteria. Il team di Adelhelm è riuscito ad estenderlo in maniera reversibile anche all’elettrodo positivo. Il dottor Guillermo A. Ferrero, primo autore della pubblicazione, spiega: “Con l’aggiunta di bisolfuro di titanio e la grafite abbiamo per la prima volta unito due materiali che assorbono e rilasciano lo stesso solvente durante la carica e la scarica della batteria”.
Il team ha studiato da vicino il meccanismo e usato queste nuove conoscenze per realizzare una batteria al sodio con due elettrodi che si basano entrambi sulla co-intercalazione reversibile di molecole di solvente. Il risultato ha migliorato la stabilità complessiva della tecnologia.
“Siamo ancora nelle prime fasi di studio delle implicazioni della co-intercalazione. Ma ci sono alcuni possibili vantaggi che possiamo immaginare”, spiega la dott.ssa Katherine A. Mazzio, HZB. “Il processo potrebbe migliorare l’efficienza consentendo migliori prestazioni alle basse temperature. Potrebbe anche essere utilizzato per migliorare concept di celle alternative”. La ricerca è stata pubblicata su Advanced Energy Materials (testo in inglese).