La risonanza magnetica (MRI) può fornire un modo efficace per supportare lo sviluppo della prossima generazione di batterie ricaricabili ad alte prestazioni, secondo una ricerca condotta dall'Università di Birmingham.

La tecnica, che è stato sviluppato per rilevare il movimento e la deposizione di ioni di sodio metallico all'interno di una batteria al sodio, consentirà una valutazione più rapida dei nuovi materiali delle batterie, e aiutano ad accelerare il percorso di questo tipo di batteria sul mercato.

Le batterie al sodio sono ampiamente riconosciute come un candidato promettente per sostituire le batterie agli ioni di litio, attualmente ampiamente utilizzato in dispositivi come l'elettronica portatile e i veicoli elettrici. Molti dei materiali necessari per produrre batterie agli ioni di litio sono elementi critici o strategici e, perciò, i ricercatori stanno lavorando per sviluppare tecnologie alternative e più sostenibili.

Sebbene il sodio sembri avere molte delle proprietà richieste per produrre una batteria efficiente, ci sono sfide nell'ottimizzazione delle prestazioni. La chiave tra questi è capire come si comporta il sodio all'interno della batteria mentre attraversa il suo ciclo di carica e scarica, consentendo di identificare i punti di guasto e i meccanismi di degrado.

Una squadra, guidato dalla Dott.ssa Melanie Britton presso la School of Chemistry dell'Università di Birmingham, ha sviluppato una tecnica, con i ricercatori della Nottingham University, che utilizza la risonanza magnetica per monitorare come si comporta il sodio in operando.

Il team di ricerca comprendeva anche scienziati del gruppo sui materiali energetici della School of Metallurgy and Materials dell'Università di Birmingham, e dall'Imperial College di Londra. I loro risultati sono pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Questa tecnica di imaging consentirà agli scienziati di capire come si comporta il sodio quando interagisce con diversi materiali di anodi e catodi. Saranno anche in grado di monitorare la crescita dei dendriti, strutture simili a rami che possono crescere all'interno della batteria nel tempo e causarne il guasto, o addirittura prendere fuoco.

"Poiché la batteria è una cella sigillata, quando va male può essere difficile capire quale sia la colpa, " spiega il Dr. Britton. "Smontare la batteria introduce cambiamenti interni che rendono difficile vedere quale fosse il difetto originale o dove si è verificato. Ma usando la tecnica MRI che abbiamo sviluppato, possiamo effettivamente vedere cosa sta succedendo all'interno della batteria mentre è operativa, dandoci informazioni senza precedenti su come si comporta il sodio".

Questa tecnica ci fornisce informazioni sul cambiamento all'interno dei componenti della batteria durante il funzionamento di una batteria agli ioni di sodio, che attualmente non sono disponibili per noi attraverso altre tecniche. Questo ci consentirà di identificare i metodi per rilevare i meccanismi di guasto nel momento in cui si verificano, fornendoci informazioni su come produrre batterie di maggiore durata e prestazioni più elevate.

Le tecniche utilizzate dal team sono state progettate per la prima volta in collaborazione con i ricercatori del Sir Peter Mansfield Imaging Center dell'Università di Nottingham, finanziato dal Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund. Questo progetto mirava a sviluppare la scansione MRI degli isotopi di sodio come tecnica di imaging medico e il team è stato in grado di adattare questi protocolli per l'uso nell'imaging a batteria. Lo sviluppo di nuovi materiali e la caratterizzazione analitica è un obiettivo primario del Birmingham Centre for Energy Storage e del Birmingham Centre for Critical Elements and Strategic Materials all'interno del Birmingham Energy Institute.