Il sodio cerca di ritagliarsi uno spazio nel mondo dell’accumulo, ma la strada è in salita
(Rinnovabili.it) – “Sostituire” il litio con il sodio per produrre batterie economiche e veloci da caricare. Questo il sogno che coltivano al Nagoya Institute of Technology (NITech) in Giappone. Qui, un gruppo di scienziati dei materiali, guidato dal professore Naoto Tanibata, sta lavorando sulla sintesi di nuovi materiali che possano far compiere alle batterie agli ioni di sodio quel salto evolutivo tanto atteso. La tecnologia d’accumulo oggi dominante, quella al litio, presenta diversi vantaggi che ancora nessuna alternativa è riuscita a eguagliare contemporaneamente. Le batterie sono ricaricabili e hanno un ampio spettro di applicazioni, dai computer portatili e telefoni cellulari alle auto elettriche. Tuttavia si tratta di una risorsa costosa e limitata a causa del processo di produzione.
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La crescente domanda di dispositivi alimentati a batteria ha alimentato la necessità di trovare un’alternativa al litio, che sia economica e abbondante. Necessità a cui rispondono perfettamente le batterie al sodio. Inoltre questa soluzione tecnologica ha la possibilità di produrre tempi di ricarica molto più rapidi, data la struttura cristallina. Tuttavia nella pratica il sodio non può semplicemente essere scambiato con il litio in quanto gli ioni sono più grandi e la chimica delle batterie è leggermente diversa.
Pertanto, la ricerca di settore è impegnata a trovare materiali ad hoc per gli elettrodi, che ad esempio siano in grado di immagazzinare o intercalare efficientemente gli ioni. Gli scienziati della NITech hanno trovato un modo per risolvere questo problema. Dopo aver estratto circa 4300 composti dal database sulla struttura cristallina, attraverso un calcolo ad alte prestazioni (il cosiddetto High Performance Computing) hanno isolato il più promettente: il Na2V3O7, che dimostra le prestazioni elettrochimiche necessarie ad aumentare la velocità di carica (può essere caricato stabilmente in 6 minuti) e a garantire una lunga durata della batteria. “Il nostro obiettivo era quello di risolvere il più grande ostacolo che le batterie di grandi dimensioni riscontrano in applicazioni come le auto elettriche, che fanno molto affidamento su lunghe durate di ricarica. Abbiamo affrontato il problema attraverso una ricerca diretta sui materiali”. Tuttavia c’è un contro, e non è neppure così piccolo.
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Nonostante le caratteristiche favorevoli, gli scienziati hanno scoperto che il Na2V3O7 subisce un deterioramento nelle fasi finali di carica, che ne limita la capacità di stoccaggio pratica a metà di quella teorica. Pertanto, nei loro esperimenti futuri, il team dovrà concentrarsi su questo nodo, affinché il materiale possa rimanere stabile per tutta la durata delle fasi di ricarica. “Il nostro obiettivo finale è quello di stabilire un metodo che ci consenta di progettare in modo efficiente i materiali delle batterie tramite una combinazione di processi computazionali e sperimentali”, aggiungono i ricercatori. Lo studio è stato pubblicato su Scientific Reports.