Batterie sodio-potassio/zolfo, soluzione a basso costo e alta capacità d’accumulo
Con l’aumentata penetrazione delle rinnovabili in rete, l’accumulo di energia a lunga durata (LDES) con operatività superiore al giorno, sta divenendo sempre più importante. In questo campo una delle soluzioni più appetibili sotto il profilo economico è rappresentata dalle batterie sodio/zolfo (Na/S) e potassio/zolfo (K/S). E più precisamente da quelle a temperatura intermedia, che funzionano a 100–150 °C e impiegano elettroliti solidi di β-allumina e un elettrolita organico liquido al livello del catodo.
I vantaggi? Sono composte da materiali economici e abbondanti, non vanno incontro al trasferimento dei polisolfuri o alla creazione di dendriti metallici (tipico dei modelli a temperatura ambiente), né temono la corrosione e la gestione termica come nella versioni commerciali ad alta temperatura. Offrendo nel contempo un’elevata densità di energia teorica.
Il loro problema? La formazione di composti solidi durante la scarica, che limitano la capacità specifica del catodo ad appena 500 mAh/g per le batterie Na/S e circa 400 mAh/g per le K/S.
Un nuovo elettrolita per le batterie alcalino-metallo-zolfo
Per risolvere il problema arriva un nuovo studio della Columbia Engineering. Qui un gruppo di scienziati ha sviluppato batterie sodio-potassio/zolfo dotate di una buona cinetica di reazione sul lato del catodo e ottime prestazioni in generale.
Il gruppo, guidato dal professor Yuan Yang, ha messo a punto un nuovo elettrolita, un solvente di acetamide ed ε-caprolattame capace di aiutare la batteria ad immagazzinare e rilasciare energia. Questo elettrolita può dissolvere i problematici composti solidi, migliorando sia la densità di energia che la densità. Inoltre, consente alla batteria di funzionare ad una temperatura molto più bassa (circa 75 °C) rispetto alle “classiche” batterie sodio/zolfo e potassio/zolfo a temperatura intermedia, pur raggiungendo quasi la massima capacità di accumulo di energia possibile.
“Il nostro approccio raggiunge capacità di scarica quasi teoriche e una durata del ciclo estesa. Ciò è molto entusiasmante nel campo delle batterie potassio zolfo a temperatura intermedia“, ha affermato il co-primo autore dello studio, Zhenghao Yang. Le nuove batterie K-Na/S a temperatura intermedia che impiegano elettroliti avanzati hanno dimostrato un’energia specifica di 150-250 Wh/kg.
Il team è attualmente concentrato su piccole batterie sodio-potassio/zolfo delle dimensioni di una moneta, ma l’obiettivo è riuscire a scalare la tecnologia per immagazzinare grandi quantità di energia. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications (testo in inglese).
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