Il sodio normalmente esplode se esposto all'acqua, ma si comporta bene in batterie come polvere, I ricercatori della Purdue hanno scoperto. Credito:video della Purdue University/Vilas Po
La maggior parte delle batterie odierne sono costituite da raro litio estratto dalle montagne del Sud America. Se il mondo esaurisce questa fonte, quindi la produzione della batteria potrebbe ristagnare.
Il sodio è un'alternativa molto economica e abbondante all'uso di batterie agli ioni di litio che è anche noto per diventare viola e bruciare se esposto all'acqua, anche solo acqua nell'aria.
Gli sforzi in tutto il mondo per rendere le batterie agli ioni di sodio funzionali quanto le batterie agli ioni di litio hanno da tempo controllato la tendenza del sodio ad esplodere, ma non ancora risolto come evitare che gli ioni di sodio "si perdano" durante le prime volte che una batteria si carica e si scarica. Ora, I ricercatori della Purdue University hanno realizzato una versione in polvere di sodio che risolve questo problema e mantiene la carica correttamente.
"L'aggiunta di polvere di sodio fabbricata durante la lavorazione degli elettrodi richiede solo lievi modifiche al processo di produzione della batteria, " ha detto Vilas Pol, Purdue professore associato di ingegneria chimica. "Questo è un modo potenziale per far progredire la tecnologia delle batterie agli ioni di sodio nel settore".
Lo studio è stato reso disponibile online nel giugno 2018 prima della stampa il 31 agosto, 2018 nel Journal of Power Sources .
Questo lavoro si allinea con la celebrazione dei passi da gigante di Purdue, riconoscendo i progressi globali dell'università nel campo della salute, spazio, intelligenza artificiale e sostenibilità nell'ambito del 150esimo anniversario di Purdue. Questi sono i quattro temi del Festival delle Idee della celebrazione annuale, progettato per mostrare Purdue come un centro intellettuale che risolve problemi del mondo reale.
Il ricercatore di Purdue Jialiang Tang ha aiutato a risolvere i problemi di ricarica nelle batterie agli ioni di sodio che hanno impedito alla tecnologia di avanzare verso i test e l'uso del settore. Credito:Marketing e media della Purdue University
Anche se le batterie agli ioni di sodio sarebbero fisicamente più pesanti della tecnologia agli ioni di litio, i ricercatori hanno studiato le batterie agli ioni di sodio perché potrebbero immagazzinare energia per grandi impianti solari ed eolici a un costo inferiore.
Il problema è che gli ioni di sodio si attaccano all'estremità in carbonio duro di una batteria, chiamato anodo, durante i cicli di carica iniziali e non viaggiare fino all'estremità del catodo. Gli ioni si accumulano in una struttura chiamata "interfaccia elettrolitica solida".
"Normalmente l'interfaccia con l'elettrolita solido è buona perché protegge le particelle di carbonio dall'elettrolita acido di una batteria, dove viene condotta l'elettricità, " ha detto Pol. "Ma troppa interfaccia consuma gli ioni di sodio di cui abbiamo bisogno per caricare la batteria".
I ricercatori della Purdue hanno proposto di usare il sodio come polvere, che fornisce la quantità necessaria di sodio per l'interfaccia dell'elettrolita solido per proteggere il carbonio, ma non si accumula in modo tale da consumare ioni sodio.
Hanno ridotto al minimo l'esposizione del sodio all'umidità che lo farebbe bruciare facendo la polvere di sodio in un vano portaoggetti riempito con gas argon. Per fare la polvere, hanno usato un ultrasuono, lo stesso strumento utilizzato per monitorare lo sviluppo di un feto, per sciogliere pezzi di sodio in un liquido lattiginoso viola. Il liquido si è poi raffreddato in polvere, ed è stato sospeso in una soluzione di esano per disperdere uniformemente le particelle di polvere.
Solo poche gocce della sospensione di sodio sugli elettrodi anodici o catodici durante la loro fabbricazione consentono a una cella di batteria agli ioni di sodio di caricarsi e scaricarsi con maggiore stabilità e con una capacità più elevata, i requisiti minimi per una batteria funzionale.
