Batterie al sodio in grado di ricaricarsi in pochi secondi

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Redazione
29 Aprile 2024
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Il sodio (Na) è oltre 500 volte più abbondante del litio (Li) ed ha suscitato di recente una notevole considerazione per il suo potenziale nelle tecnologie delle batterie. Tuttavia, le attuali batterie agli ioni di sodio presentano dei limiti sostanziali. Tra questi i principali sono una minore potenza, proprietà di accumulo limitate e tempi di ricarica più lunghi.

L’11 aprile scorso il KAIST (Korea Advanced Institute of Science & Technology) ha annunciato che un gruppo di ricerca guidato dal professor Jeung Ku Kang ha sviluppato una batteria ibrida agli ioni di sodio ad alta energia e potenza in grado di ricaricarsi rapidamente.

L’innovativo sistema ibrido di stoccaggio di energia integra materiali anodici tipicamente utilizzati nelle batterie con catodi adatti ai supercondensatori. Questa combinazione consente al dispositivo di raggiungere sia elevate capacità di accumulo che rapide velocità di carica-scarica. Una valida alternativa di nuova generazione alle batterie agli ioni di litio.

Tuttavia, lo sviluppo di una batteria ibrida ad alta energia e ad alta densità di potenza richiede un miglioramento del lento tasso di accumulo di energia degli anodi di questo tipo di batterie e il potenziamento della capacità relativamente bassa dei materiali catodici adatti ai supercapacitori.

Procedure sintetiche schematiche dei materiali anodici e catodici ad alta capacità/alta velocità per un accumulatore ibrido di energia sodio-ione (SIHES) e i meccanismi di accumulo energetico proposti. Procedure sintetiche per (a) l’anodo in carbonio/grafene addizionato con solfuro di ferro ultrafine (FS/C/G) e (b) i materiali catodici a struttura imidazolata zeolitica derivati dal carbonio poroso (ZDPC). (c) Meccanismi proposti per l’accumulo di energia degli ioni Na+ nell’anodo FS/C/G e degli ioni ClO-4 nel catodo ZDPC per un SIHES. Credito: KAIST Nano Materials Simulation

Per questo motivo, il team del professor Kang ha utilizzato due distinte strutture metallo-organiche per la sintesi ottimizzata di batterie ibride. Questo approccio ha portato allo sviluppo di un materiale anodico con una cinetica migliorata grazie all’inclusione di materiali attivi fini nel carbonio poroso derivato da strutture metallo-organiche. Inoltre, è stato sintetizzato un materiale catodico ad alta capacità e la combinazione dei materiali catodici e anodici ha permesso di sviluppare un sistema di accumulo di ioni di sodio ottimizzando l’equilibrio e minimizzando le disparità nei tassi di accumulo di energia tra gli elettrodi.

La cella completa assemblata, che comprende l’anodo e il catodo di nuova concezione, forma un dispositivo ibrido di accumulo di energia agli ioni di sodio ad alte prestazioni. Questo dispositivo supera la densità energetica delle batterie agli ioni di litio in commercio e presenta le caratteristiche della densità di potenza dei supercondensatori. Si prevede che sarà adatto ad applicazioni di ricarica rapida che vanno dai veicoli elettrici ai dispositivi elettronici intelligenti e alle tecnologie aerospaziali.

Il professor Kang ha sottolineato che il dispositivo ibrido di accumulo di energia agli ioni di sodio, in grado di ricaricarsi rapidamente e di raggiungere una densità di energia di 247 Wh/kg e una densità di potenza di 34.748 W/kg, rappresenta una svolta nel superamento delle attuali limitazioni dei sistemi di accumulo di energia. Il ricercatore prevede applicazioni più ampie in vari dispositivi elettronici, compresi i veicoli elettrici.

La ricerca, di cui sono coautori i dottorandi del KAIST Jong Hui Choi e Dong Won Kim, è stata pubblicata il 29 marzo sulla rivista internazionale Energy Storage Materials.

“Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages”.

Fonte articolo: KAIST NEWS CENTER Foto copertina: Ragesoss – Own work, CC BY-SA 3.0