Le batterie agli ioni di sodio sono pronte a sostituire le batterie agli ioni di litio per lo stoccaggio di energia elettrica su larga scala. Offrono diversi vantaggi rispetto alle batterie agli ioni di litio, soprattutto per la diffusa abbondanza di sodio.

Però, è difficile sviluppare catodi di sodio, materiali attraverso i quali gli elettroni possono entrare in una batteria. Molti materiali candidati sono instabili o non possono sopportare tensioni elevate.

Per trovare una soluzione, ricercatori della Sungkyunkwan University, l'Università del Texas ad Austin, e il Brookhaven National Laboratory si è rivolto alla natura. Descrivono il loro catodo di sodio ispirato alle ossa di mammifero nel diario Recensioni di fisica applicata .

"Crediamo che la natura fornisca una soluzione molto promettente per risolvere i problemi tecnici, " ha detto Ho Seok Park, uno degli autori. "Di conseguenza, abbiamo cercato di trovare l'architettura ideale in grado di risolvere questi limiti cinetici e di stabilità".

Le strutture ossee dei mammiferi sono costituite da un interno poroso, osso spugnoso che consente la conservazione e il trasporto del midollo osseo, circondato da un duro, osso compatto, che offre integrità meccanica e strutturale sotto forti sollecitazioni.

Seguendo questa architettura progettuale, il gruppo ha creato un sistema poroso di strutture Na3V2(PO4)3, noto anche come NVP, circondato da un denso guscio di ossido di grafene ridotto (rGO). NVP è un materiale catodico di sodio che trasporta ioni sodio rapidamente ma è strutturalmente instabile.

La configurazione simile all'osso aiuta a migliorare l'integrità strutturale del sistema, riducendo i danni permanenti causati da stress elettrochimici e meccanici. Nel frattempo, la combinazione di NVP e rGO crea un ambiente più favorevole per gli ioni sodio, migliorare la stabilità del sistema. La batteria può caricarsi a velocità ultraelevate e mantenere oltre il 90% della sua capacità dopo 10, 000 cicli di scarica e ricarica, a seconda della tariffa di carica.

Nonostante questi promettenti progressi tecnici, i ricercatori notano che il lavoro è attualmente solo una prova del concetto che dimostra la fattibilità di un catodo di sodio ispirato all'osso di mammifero. È necessario eseguire ulteriori lavori per realizzare gli utilizzi tecnologici del sistema.

"Una sintesi su larga scala di NVP ispirato alle ossa con alta qualità, l'ottimizzazione della composizione e della struttura NVP ispirata all'osso, e si ritiene che la fabbricazione e il test di elettrodi con ampia area e carico elevato siano necessari per applicazioni più pratiche, " ha detto Parco.