Una nuova chimica della batteria agli ioni di sodio che mostra prestazioni superiori rispetto alle batterie a base di sodio all'avanguardia esistenti potrebbe essere il catalizzatore per consentire la produzione di massa della tecnologia emergente per lo stoccaggio di energia su larga scala, come nelle applicazioni che includono lo stoccaggio di energia solare per i siti industriali.

Nonostante l'attrattiva del sodio come prodotto a basso costo, elemento costitutivo abbondante ed ecologico per lo stoccaggio di energia, è un concorrente relativamente nuovo nel campo della ricerca e dello sviluppo della tecnologia delle batterie.

Un problema chiave per le batterie agli ioni di sodio è che molti dei materiali attivi utilizzati nella loro chimica sono sensibili all'aria:l'esposizione anche a poche molecole di aria può degradare il materiale e ridurre le prestazioni della batteria.

Ciò ha comportato anche la necessità di attrezzature specializzate per eliminare l'aria per elaborare i materiali, aumentando il loro costo.

Potente e fattibile

Affrontare sia le prestazioni dei materiali che le questioni di fattibilità industriale, i ricercatori dell'Istituto per i materiali superconduttori ed elettronici (ISEM) dell'Università di Wollongong (UOW) hanno sviluppato con successo un materiale a base di metalli di transizione che non è sensibile all'aria e può quindi essere prodotto in serie molto più facilmente.

Il materiale ha l'ulteriore vantaggio di un'eccellente stabilità in bicicletta, aumentando la sua attrattiva per i produttori di batterie commerciali.

"Uno dei problemi in corso per le batterie è la durata del ciclo, o quante volte può caricarsi e scaricarsi efficacemente, " ha detto il ricercatore capo Dr. Wenbin Luo.

"Siamo stati in grado di basarci su ricerche precedenti per produrre celle di batterie proof-of-concept per mostrare le prestazioni di questo materiale, e ha mostrato una fantastica densità di energia e ciclo di vita.

"Inoltre, abbiamo sviluppato i processi per produrre questo materiale in modo economico e semplice, che è una parte importante per renderlo attraente per la commercializzazione."

Il passo successivo è ottimizzare il materiale per ottenere la massima quantità di cicli dalle batterie, che sarà un fattore chiave per la redditività commerciale delle batterie agli ioni di sodio.

"Con nuovi materiali e tecniche di lavorazione possiamo concentrarci su un ulteriore sviluppo che aprirà la strada alla transizione verso la commercializzazione di questa entusiasmante e tanto necessaria alternativa alle batterie agli ioni di litio".

Questo materiale, riportato di recente sulla rivista Materiali energetici avanzati , è stato sviluppato come collaborazione tra ricercatori dell'ISEM e dell'Università di tecnologia elettronica di Guilin in Cina e fornisce un importante passo avanti nello sviluppo di batterie agli ioni di sodio per applicazioni pratiche.

Dal laboratorio alla linea di produzione

In un secondo documento, anche pubblicato di recente sulla rivista Materiali energetici avanzati , i ricercatori dell'ISEM sono stati invitati a rivedere lo stato attuale della ricerca sulle batterie agli ioni di sodio in tutto il mondo, in particolare i fattori che frenano una più ampia commercializzazione della tecnologia.

Lo sviluppo delle batterie agli ioni di sodio è un'area di ricerca molto contestata nei materiali energetici e il documento di revisione fornisce una conoscenza approfondita del panorama della ricerca e dello sviluppo.

Sebbene lo ione sodio non possa competere con il litio nell'elettronica personale a causa della sua minore densità di energia, è visto come una valida alternativa per l'archiviazione su larga scala in cui la dimensione della batteria è meno problematica.

Ad oggi, gran parte della ricerca si è concentrata sulla messa a punto dei materiali per i principali componenti della batteria, ma poca enfasi è stata posta sulla realizzazione di una cella completa.

"Il design commerciale full-cell include l'ottimizzazione del bilanciamento della capacità tra il catodo e l'anodo, trovare una soluzione elettrolitica stabile, scelta di additivi e leganti appropriati, selezionando un separatore, nonché i costi di produzione dei materiali attivi per gli elettrodi e il costo complessivo di fabbricazione delle batterie, " disse il dottor Luo.

"Questo non è sempre un processo semplice, poiché molti di questi parametri sono interdipendenti, quindi c'è una quantità significativa di tentativi ed errori nella selezione della migliore combinazione di parametri di progettazione.

"Il nostro documento di revisione mostra la profondità della ricerca che mostra l'ottimizzazione di un singolo componente o materiale, ma anche la mancanza di ricerca che metta insieme tutte le parti in concerto."

Nel documento di revisione, i ricercatori identificano indicatori chiave per la fattibilità commerciale, compresa la stabilità al contatto con aria e umidità, il costo dei materiali e della fabbricazione, prestazioni elettrochimiche, ciclo di vita, compatibilità di anodo e catodo e rispetto dell'ambiente.

"In larga misura, come le prestazioni ciclistiche, o la durata della batteria, soddisfa i requisiti dei grandi sistemi di accumulo di energia determinerà i suoi progressi nella commercializzazione, " disse il dottor Luo.

"Per lo stoccaggio su larga scala, abbiamo bisogno di sviluppare batterie che garantiscano una lunga durata per giustificare l'investimento".