Le batterie agli ioni di sodio allo stato solido sono molto più sicure delle tradizionali batterie agli ioni di litio, che comportano un rischio di incendio ed esplosione, ma le loro prestazioni sono state troppo deboli per compensare i vantaggi in termini di sicurezza. I ricercatori venerdì hanno riferito di aver sviluppato un catodo organico che migliora notevolmente sia la stabilità che la densità di energia.

Le prestazioni migliorate, riportato sul giornale Joule , è legato a due risultati chiave:

• L'interfaccia resistiva tra l'elettrolita e il catodo che si forma comunemente durante il ciclo può essere invertita, allungare la vita del ciclo, e
• La flessibilità del catodo organico gli ha permesso di mantenere un contatto intimo all'interfaccia con l'elettrolita solido, anche se il catodo si espandeva e si contraeva durante il ciclo.

Yan Yao, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università di Houston e autore corrispondente dell'articolo, disse il catodo organico, noto come PTO, per pirene-4, 5, 9, 10-tetraone:offre vantaggi unici rispetto ai precedenti catodi inorganici. Ma ha detto che i principi di base sono ugualmente significativi.

"Abbiamo scoperto per la prima volta che l'interfaccia resistiva che si forma tra il catodo e l'elettrolita può essere invertita, Yao ha detto. "Ciò può contribuire alla stabilità ea un ciclo di vita più lungo". Yao è anche ricercatore principale presso il Texas Center for Superconductivity presso UH. Il suo gruppo di ricerca si concentra su materiali organici verdi e sostenibili per la generazione e lo stoccaggio di energia.

Yanliang "Leonard" Liang, un professore assistente di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica UH, detto che la reversibilità dell'interfaccia è la chiave, consentendo alla batteria a stato solido di raggiungere una densità di energia più elevata senza sacrificare la durata del ciclo. Normalmente, la capacità di una batteria a stato solido di immagazzinare energia viene interrotta quando si forma l'interfaccia catodo resistivo-elettrolita; l'inversione di quella resistenza consente alla densità di energia di rimanere elevata durante il ciclismo, Egli ha detto.

Le batterie agli ioni di litio con i loro elettroliti liquidi sono in grado di immagazzinare quantità relativamente elevate di energia e sono comunemente usate per alimentare gli strumenti della vita moderna, dai cellulari agli apparecchi acustici. Ma il rischio di incendio ed esplosione ha accresciuto l'interesse per altri tipi di batterie, e una batteria agli ioni di sodio allo stato solido offre la promessa di una maggiore sicurezza a un costo inferiore.

Xiaowei Chi, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Yao, ha affermato che una sfida chiave è stata quella di trovare un elettrolita solido che sia conduttivo quanto gli elettroliti liquidi utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Ora che sono disponibili elettroliti solidi sufficientemente conduttivi, una sfida rimanente sono state le solide interfacce.

Un problema sollevato da un elettrolita solido:l'elettrolita fatica a mantenere un contatto intimo con un catodo rigido tradizionale poiché quest'ultimo si espande e si contrae durante il ciclo della batteria. Fang Hao, un dottorato di ricerca studente che lavora nel gruppo di Yao, detto che il catodo organico è più flessibile e quindi in grado di rimanere in contatto con l'interfaccia, migliorare la vita in bicicletta. I ricercatori hanno affermato che il contatto è rimasto stabile per almeno 200 cicli.

"Se hai un contatto affidabile tra l'elettrodo e l'elettrolita, avrai una grande possibilità di creare una batteria a stato solido ad alte prestazioni, "Ha detto.