La sorpresa del manganese monovalente nelle batterie al sodio
(Rinnovabili.it) – Per anni era stato solo ipotizzato. Ora un gruppo di chimici è riuscito a individuare un nuovo stato chimico per il manganese, una scoperta che potrebbe aprire le porte alla prossima generazione di batterie al sodio economiche e ad alte prestazioni. Il merito va ad un nutrito gruppo di scienziati appartenenti al Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley, una delle braccia di ricerca finanziate dal Dipartimento dell’Energia statunitense, alla New York University e alla società hi-tech Natron Energy.
Insieme hanno testano un nuovo design per le batterie al sodio che permette al dispositivo stesso di immagazzinare e distribuire in modo rapido ed efficiente l’energia. “La richiesta di un approvvigionamento energetico sostenibile richiede tecnologie di immagazzinamento dell’energia economicamente efficienti e ad alte prestazioni”, spiegano i ricercatori nell’articolo pubblicato su Nature Communications. “Qui riportiamo un sistema di batterie a ioni di sodio a basso costo e di lunga durata, innovando sia l’anodo che l’elettrolita”.
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Nel dettaglio, il nuovo elettrodo è costituito da una miscela di elementi – tra cui manganese, carbonio e azoto – chimicamente simile alla formula del pigmento noto come blu di Prussia.
“Solitamente, nelle batterie agli ioni di litio e agli ioni di sodio, l’anodo è per lo più a base di carbonio”, ha affermato Wanli Yang, scienziato del Berkeley Lab. Ma in questo caso, entrambi gli elettrodi della batteria utilizzano lo stesso tipo di materiali basati su elementi noti come “metalli di transizione” che sono utili in chimica perché possono mostrare vari stati di carica. La differenza fra i due elettrodi è che il catodo contiene anche ferro mentre nell’anodo è presente manganese in forma monovalente. Su questo stato chimico si specula da oltre 90 anni ma, fino a oggi, non vi sono mai state misurazioni che confermassero la forma monovalente. L’analisi tramite spettroscopia di assorbimento dei raggi X ha accertato la presenza di tale stato, mostrando anche le circostanze speciali che danno origine al manganese monovalente e che rendono di fatto più facile per gli elettroni viaggiare nel materiale. I prototipi di batterie al sodio realizzate dal team mostrano di riuscire a fornire fino al 90 percento dell’energia in un tempo di cinque minuti e di conservare circa il 95 percento della loro capacità di scarica iniziale dopo 1.000 cicli.