Sebbene le batterie agli ioni di litio siano state la tecnologia di riferimento per qualsiasi cosa, dagli smartphone e laptop alle auto elettriche, ci sono crescenti preoccupazioni per il futuro perché il litio è relativamente scarso, costoso e difficile da reperire e potrebbe presto essere a rischio a causa di fattori geopolitici. considerazioni. Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando per creare alternative praticabili.
Un team internazionale di ricercatori interdisciplinari, tra cui il Laboratorio di Ricerca Canepa dell’Università di Houston, ha sviluppato un nuovo tipo di materiale per le batterie agli ioni di sodio che potrebbe renderle più efficienti e aumentare le loro prestazioni energetiche, aprendo la strada a un’energia più sostenibile. e un futuro energetico a prezzi accessibili.
Il nuovo materiale, fosfato di sodio vanadio con la formula chimica NaXV2(P.O4)3migliora le prestazioni delle batterie agli ioni di sodio aumentando la densità energetica (la quantità di energia immagazzinata per chilogrammo) di oltre il 15%. Con una densità di energia maggiore di 458 wattora per chilogrammo (Wh/kg) rispetto ai 396 Wh/kg delle vecchie batterie agli ioni di sodio, questo materiale avvicina la tecnologia del sodio alla concorrenza delle batterie agli ioni di litio.
“Il sodio è quasi 50 volte più economico del litio e può anche essere raccolto dall’acqua di mare, rendendolo un’opzione molto più sostenibile per lo stoccaggio di energia su larga scala”, ha affermato Pieremanuele Canepa, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica di Robert Welch presso l’UH e ricercatore capo. del Laboratorio Canepa. “Le batterie agli ioni di sodio potrebbero essere più economiche e più facili da produrre, contribuendo a ridurre la dipendenza dal litio e rendendo la tecnologia delle batterie più accessibile in tutto il mondo”.
Dalla teoria alla realtà
Il Canepa Lab, che utilizza competenze teoriche e metodi computazionali per scoprire nuovi materiali e molecole per contribuire al progresso delle tecnologie energetiche pulite, ha collaborato con i gruppi di ricerca guidati dai ricercatori francesi Christian Masquelier e Laurence Croguennec del Laboratoire de Reáctivité et de Chimie des Solides, che è un laboratorio del CNRS che fa parte dell’Université de Picardie Jules Verne, ad Amiens in Francia, e dell’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Université de Bordeaux, Bordeaux, Francia per il lavoro sperimentale sul progetto. Ciò ha consentito alla modellazione teorica di passare attraverso la validazione sperimentale.
I ricercatori hanno creato un prototipo di batteria utilizzando il nuovo materiale, NaXV2(P.O4)3dimostrando miglioramenti significativi nello stoccaggio dell’energia. N / aXV2(P.O4)3parte di un gruppo chiamato “Conduttori superionici Na” o NaSICON, è progettato per consentire agli ioni di sodio di muoversi agevolmente dentro e fuori dalla batteria durante la carica e la scarica.
A differenza dei materiali esistenti, ha un modo unico di gestire il sodio, permettendogli di funzionare come un sistema monofase. Ciò significa che rimane stabile mentre rilascia o assorbe ioni sodio. Ciò consente al NaSICON di rimanere stabile durante la carica e la scarica fornendo al tempo stesso una tensione continua di 3,7 volt rispetto al sodio metallico, superiore ai 3,37 volt dei materiali esistenti.
Sebbene questa differenza possa sembrare piccola, aumenta significativamente la densità di energia della batteria o la quantità di energia che può immagazzinare per il suo peso. La chiave della sua efficienza è il vanadio, che può esistere in più stati stabili, permettendogli 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 degli elettrodi. Questo è un punto di svolta per la tecnologia agli ioni di sodio.”
Possibilità per un futuro sostenibile
Le implicazioni di questo lavoro si estendono oltre le batterie agli ioni di sodio. Il metodo di sintesi utilizzato per creare NaXV2(P.O4)3 potrebbe essere applicato ad altri materiali con caratteristiche chimiche simili, aprendo nuove possibilità per tecnologie avanzate di stoccaggio dell’energia. Ciò potrebbe a sua volta avere un impatto su tutto, dalle batterie più convenienti e sostenibili per alimentare i nostri dispositivi per aiutarci nella transizione verso un’economia energetica più pulita.
“Il nostro obiettivo è trovare soluzioni pulite e sostenibili per lo stoccaggio dell’energia”, ha affermato Canepa. “Questo materiale dimostra che le batterie agli ioni di sodio possono soddisfare le elevate esigenze energetiche della tecnologia moderna pur essendo economiche e rispettose dell’ambiente.”
Un articolo basato su questo lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nature Materials. Ziliang Wang, ex studente di Canepa e ora ricercatore post-dottorato presso la Northwestern University, e Sunkyu Park, ex studente dei ricercatori francesi e ora ingegnere presso Samsung SDI in Corea del Sud, hanno eseguito gran parte del lavoro su questo progetto.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
