I ricercatori dell'Università di Wollongong hanno prodotto un nanomateriale che funge da catodo superiore per batterie sodio-zolfo a temperatura ambiente, rendendoli un'opzione più attraente per lo stoccaggio di energia su larga scala.

I risultati della loro ricerca sono pubblicati in Comunicazioni sulla natura , dove sono stati presentati nella pagina web dei punti salienti degli editori.

Le batterie sodio-zolfo a temperatura ambiente sono una proposta interessante per lo stoccaggio di energia di prossima generazione, che sarà necessario per soddisfare le crescenti richieste. Una batteria sodio-zolfo a temperatura ambiente superiore con elevata densità di energia e lunga durata di ciclo fornirebbe una tecnologia a basso costo e competitiva per lo stoccaggio fisso su larga scala, promuovendo così il passaggio alle energie rinnovabili.

Però, le batterie sodio-zolfo a temperatura ambiente attualmente soffrono di un rapido esaurimento della capacità e di una bassa capacità reversibile.

I ricercatori hanno superato questo problema creando un nanomateriale, nanocristalli di solfuro di nichel impiantati in nanotubi di carbonio porosi drogati con azoto, che hanno mostrato prestazioni eccellenti se usati come catodi.

Gli investigatori principali Dr. Yunxiao Wang e Professore Associato Shulei Chou, dall'Istituto di UOW per i materiali superconduttori e elettronici, ha affermato che il loro gruppo di ricerca ha lavorato su batterie sodio-zolfo a temperatura ambiente dal 2016.

"Per adesso, le effettive densità di energia delle batterie sodio-zolfo sono ben lontane dai valori teorici, " ha detto il dottor Wang.

"Le loro applicazioni pratiche sono principalmente ostacolate dal problematico catodo di zolfo a causa della sua natura isolante e della lenta cinetica di ossidoriduzione, così come la dissoluzione e la migrazione degli intermedi di reazione."

Il team di ricerca ha sperimentato una serie di materiali diversi prima della loro scoperta. Il nuovo nanomateriale non solo offre prestazioni superiori, ma si presta anche alla produzione su larga scala e quindi alla commercializzazione.

dottorato di ricerca il candidato Mr Zichao Yan si dedicò alla conduzione degli intricati esperimenti necessari per questo lavoro.

"Abbiamo provato molti host di carbonio, e infine ha scoperto che i nanocristalli di solfuro di nichel impiantano nanotubi di carbonio porosi drogati con azoto come ospite di zolfo multifunzionale, " ha detto il signor Yan.

"Abbiamo scoperto che la spina dorsale continua di carbonio all'interno dell'ospite può fornire percorsi di diffusione ionica brevi e una velocità di trasferimento rapida. E i siti di drogaggio dell'azoto e la superficie polare di solfuro di nichel sono in grado di migliorare l'energia di adsorbimento dei polisolfuri, portando a una forte attività catalitica verso l'ossidazione dei polisolfuri.

"Ciò indica che le batterie sodio-zolfo con questo host di zolfo potrebbero potenzialmente offrire un ciclo di vita più lungo e prestazioni elevate in carica e scarica rapida".

Il prossimo passo, Il professor Chou ha detto, era quello di aumentare la produzione del materiale.

"Tutti i nostri documenti precedenti, compreso questo, si sono concentrati su come trovare un host efficiente per la ricerca su scala di laboratorio. Il prossimo passo per il nostro gruppo è portare le batterie sodio-zolfo dalla scala di laboratorio a quella industriale, e creare una vera applicazione per questo sistema di batterie."