Le batterie agli ioni di sodio (SIB) sono ottimi candidati per una tecnologia delle batterie economica e sostenibile, ma un problema ricorrente è l'instabilità dell'anodo. Un team cinese di scienziati ora segnala la preparazione di un materiale composito anodico strutturato di dimensioni inferiori al micron in grado di adattarsi a grandi cambiamenti di volume. L'elettrodo di solfuro di antimonio è facilmente preparabile e presenta capacità e prestazioni di ciclo superiori, come mostrato in uno studio pubblicato nel European Journal of Inorganic Chemistry .
A differenza delle batterie agli ioni di litio (LIB), le batterie agli ioni di sodio si basano su materie prime prontamente disponibili e sostenibili. Uno dei motivi principali per cui i SIB non sono ancora ampiamente applicati è l'instabilità:il grande ione sodio non può integrarsi facilmente negli elettrodi come il piccolo ione litio, provocando dilatazioni e restringimenti significativi delle strutture durante gli eventi di scarica/carica. Questo problema si riferisce in particolare all'anodo, che si polverizza semplicemente durante i periodi di ciclismo più lunghi. Solo se questo problema viene risolto, può essere sviluppata una batteria agli ioni di sodio veramente funzionante. Ora, Guangda Li e i suoi colleghi della Qilu University of Technology, Jinan, Cina, hanno combinato materiali micro e nanostrutturati con la chimica delle batterie all'avanguardia. Hanno assemblato un materiale composito anodico che, attraverso la sua submicrostruttura simile a un fiore, può mitigare i drastici cambiamenti di volume pur mostrando una migliore conduttività e capacità. Inoltre, era facilmente preparabile, hanno riferito gli scienziati.
Antimonio, o, anche meglio, solfuro di antimonio, sono materiali anodici attraenti per i SIB. Le loro capacità specifiche teoriche molto elevate derivano dal conteggio di ben tre atomi di sodio per antimonio da incorporare nella struttura al momento della scarica (che in termini di batteria è sodiazione), quando il solfuro di antimonio forma prima solfuro di sodio e poi leghe di antimonio. Per ridurre gli effetti delle grandi variazioni di volume, è stata proposta la microstrutturazione a una dimensione tra nano e materiali sfusi. A questo proposito, gli scienziati di Jinan prepararono particelle sferiche di solfuro di antimonio aventi da due a tre micron di diametro. Uno sguardo più attento ha rivelato che la superficie era composta da numerosi fogli sottili cresciuti insieme per costruire una struttura simile a un fiore. Questo "mazzo di fiori" potrebbe fungere da efficace tampone contro i cambiamenti di volume, ma i suoi percorsi di conduttività e diffusione sono ancora troppo bassi per le applicazioni a batteria.
Perciò, gli autori lo hanno rivestito con uno strato di carbonio in polimero di polipirrolo. "Gli strati di rivestimento in PPy non servono solo come stabilizzatore strutturale [...], ma può anche migliorare la conduzione di submicrosfere di solfuro di antimonio, " hanno spiegato. Il materiale composito finale aveva una forma ben definita e soddisfaceva le esigenze tecniche di un anodo ad alte prestazioni. Gli autori hanno anche sottolineato che il loro metodo di preparazione era una semplice tecnologia sol-gel a partire dall'acetato di antimonio (che non lascia danni cloruro nel prodotto finale) in combinazione con una fase di polimerizzazione/rivestimento che procede senza intoppi.
Questo lavoro indica i recenti progressi fatti sulla tecnologia delle batterie agli ioni di sodio. Mostra che la combinazione di strategie di nanoingegneria con l'elettrochimica delle batterie può portare a prodotti che possono integrare o sostituire l'attuale tecnologia agli ioni di litio.
