Conosciamo tutti le batterie ricaricabili ed efficienti agli ioni di litio (Li-ion) che si trovano nei nostri smartphone, laptop e anche nelle auto elettriche.

Sfortunatamente, il litio è una risorsa limitata, quindi sarà una sfida soddisfare la crescente domanda mondiale di batterie relativamente economiche. Perciò, i ricercatori sono ora alla ricerca di alternative alla batteria agli ioni di litio.

Un'alternativa promettente è sostituire il litio con il sodio metallico, per produrre batterie agli ioni di Na. Il sodio si trova in grandi quantità nell'acqua di mare e può essere facilmente estratto da essa.

"La batteria agli ioni di Na è ancora in fase di sviluppo, e i ricercatori stanno lavorando per aumentarne la durata, abbassandone i tempi di ricarica e realizzando batterie in grado di erogare molti watt, " afferma il capo della ricerca Dorthe Bomholdt Ravnsbæk del Dipartimento di Fisica, Chimica e Farmacia presso l'Università della Danimarca meridionale.

Lei e il suo team sono impegnati nello sviluppo di batterie ricaricabili nuove e migliori in grado di sostituire le batterie agli ioni di litio oggi ampiamente utilizzate.

Affinché le batterie agli ioni di Na diventino un'alternativa, devono essere sviluppati materiali per elettrodi migliori, qualcosa che lei e i colleghi della University of Technology e del Massachusetts Institute of Technology, STATI UNITI D'AMERICA, hanno esaminato in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Materiali energetici applicati ACS .

Ma prima di esaminare i dettagli di questo studio, diamo un'occhiata al motivo per cui la batteria agli ioni di Na ha il potenziale per diventare il prossimo grande successo della batteria.

"Un ovvio vantaggio è che il sodio è una risorsa facilmente disponibile, che si trova in grandi quantità nell'acqua di mare. Litio, d'altra parte, è una risorsa limitata che viene estratta solo in pochi posti al mondo, " spiega Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Un altro vantaggio è che le batterie agli ioni di Na non hanno bisogno di cobalto, che è ancora necessario nelle batterie agli ioni di litio. La maggior parte del cobalto utilizzato oggi per produrre batterie agli ioni di litio, viene estratto nella Repubblica Democratica del Congo, dove ribellione, l'attività mineraria disorganizzata e il lavoro minorile creano incertezza e scrupoli morali per quanto riguarda il commercio di cobalto del paese.

Conta anche sul lato positivo che le batterie agli ioni di Na possono essere prodotte nelle stesse fabbriche che producono oggi le batterie agli ioni di litio.

Nel loro nuovo studio, Dorthe Bomholdt Ravnsbæk e i suoi colleghi hanno studiato un nuovo materiale per elettrodi a base di ferro, manganese e fosforo.

La nuova svolta sul materiale è l'aggiunta dell'elemento manganese, che non solo dà alla batteria una tensione più alta (volt), ma aumenta anche la capacità della batteria ed è probabile che fornisca più watt. Questo perché le trasformazioni che avvengono a livello atomico durante la scarica e la carica sono significativamente modificate dalla presenza di manganese.

"Effetti simili sono stati osservati nelle batterie agli ioni di litio, ma è molto sorprendente che l'effetto sia mantenuto in una batteria agli ioni di Na, poiché l'interazione tra l'elettrodo e gli ioni Na è molto diversa da quella degli ioni Li, " dice Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Non cercherà di prevedere quando possiamo aspettarci di trovare batterie agli ioni di Na a base di acqua di mare nei nostri telefoni e auto elettriche, perché ci sono ancora alcune sfide da risolvere. Una sfida è che può essere difficile realizzare piccole batterie agli ioni di Na. Ma anche le batterie di grandi dimensioni hanno un valore, ad esempio quando si tratta di immagazzinare energia eolica o solare.

Così, nel 2019, una gigantesca batteria agli ioni di Na da 100 kWh è stata inaugurata per essere testata da scienziati cinesi presso il Centro di ricerca di fisica del delta del fiume Yangtze. La batteria gigante è composta da più di 600 celle di batterie agli ioni di Na collegate, e fornisce energia all'edificio che ospita il centro. La corrente immagazzinata nella batteria è corrente in eccesso dalla rete principale.