Produrre batterie senza usare materie prime critiche

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Redazione
9 Novembre 2022
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Un mercato in costante e continua crescita quello delle batterie ricaricabili. Si prevede in incremento di ben il 30% entro il 2030, nel solo comparto automobilistico, approssimandosi a quota 4.500 GWh all’anno.

Si tratta di un’autentica esplosione che si riflette sul fatto che le materie prime necessarie per realizzarle sono limitate, costose. E in certi casi legate a specifici mercati.

Alla ricerca di un’alternativa allo stato dell’arte, un gruppo di ricerca congiunto dell’Helmholtz-Zentrum Berlin HZB e dell’Humboldt-Universität zu Berlin sta studiando nuove combinazioni di soluzioni elettrolitiche e materiali per elettrodi da utilizzare nelle batterie al sodio. Sulla carta le ricaricabili a ioni di sodio dispongono di diversi vantaggi. Ad iniziare proprio dalla grande disponibilità e facilità di reperimento del materiale, pur presentando anche dei limiti come la bassa densità di energia (<160 Wh/kg) e il limitato numero di cicli carica-scarica.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Advanced Energy Materials

Il comunicato stampa

Il team di ricerca tedesco sta cercando di risolvere tali problemi utilizzando un diverso approccio che potrebbe offrire al mercato batterie senza materie prime critiche.

Il prof. Philipp Adelhelm

“Stiamo lavorando con gli ioni di sodio poiché si trovano anche nel sale da cucina economico. Immagazziniamo gli ioni insieme alla loro sfera di solvatazione”, cioè le molecole di solvente dalla soluzione elettrolitica che circondano gli ioni. “Ciò consente di realizzare reazioni di accumulo completamente nuove”.

Questa integrazione di ioni accompagnata dalla loro sfera di solvatazione in un reticolo cristallino è chiamata “co-intercalazione”. Si tratta di un finora limitato all’elettrodo negativo della batteria. Il team di ricerca è riuscito ad estenderlo in maniera reversibile anche all’elettrodo positivo.

Il dottor Guillermo A. Ferrero, primo autore della pubblicazione

“Con l’aggiunta di bisolfuro di titanio e la grafite abbiamo per la prima volta unito due materiali che assorbono e rilasciano lo stesso solvente durante la carica e la scarica della batteria”.

Il team ha studiato accuratamente il meccanismo e usato queste nuove conoscenze per realizzare una batteria al sodio con due elettrodi entrambi basati sulla co-intercalazione reversibile di molecole di solvente. Con il risultato che è stata migliorata la stabilità complessiva della tecnologia.

La Dottoressa dell’HZB Katherine A. Mazzio

“Siamo ancora nelle prime fasi di studio delle implicazioni della co-intercalazione. Ma ci sono alcuni possibili vantaggi che possiamo immaginare. Il processo potrebbe migliorare l’efficienza consentendo migliori prestazioni alle basse temperature. Potrebbe anche essere utilizzato per migliorare concept di celle alternative”.