Un anodo stabile per il sodio

Le batterie agli ioni di sodio potrebbero rappresentare un’alternativa a basso costo alle batterie agli ioni di litio, se si trovassero modi per evitare che i grandi ioni di sodio distruggano i loro elettrodi mentre si spostano avanti e indietro.

Come possibile anodo di ioni di sodio per tali batterie, gli scienziati dei materiali dell'Università di Qingdao hanno utilizzato biossido di titanio e grafite per produrre una struttura stabile, invariata dopo 2.000 cicli.

"I ricercatori hanno scoperto che la batteria mostrava una capacità specifica reversibile di 228 mAh/g con una densità di corrente di 0,05 A/g, con una ritenzione della capacità del 100% dopo 2000 cicli a 1 A/g", secondo l'università. "Una cella a bottone completamente assemblata con Na3V2(PO4)3 come catodo ha fornito una densità di energia di 220 Wh/kg."

Come materia prima, il team ha scelto una forma di TiO2 nota come "anatasio", la cui struttura cristallina è porosa agli ioni Na+ a causa della presenza di canali bidimensionali.

Tuttavia, secondo il professore di Qingdao Xiu Song Zhao, l'anatasio ha una scarsa conduttività elettronica e la velocità di diffusione degli ioni potrebbe essere migliore.

La risposta, comune alla maggior parte della costruzione degli elettrodi delle batterie, è quella di aumentare la superficie relativa del materiale utilizzando particelle microscopiche, trattenute saldamente in una matrice conduttiva altamente porosa.

L'approccio di Zhao a questo scopo è stato quello di sfruttare la chimica sol-gel per sintetizzare anatasio spugnoso e termicamente stabile, ricoperto di carbonio.

La stabilità termica è importante in questo caso, poiché la temperatura è qualcosa che può cambiare la struttura cristallina dell’anatasio in altre forme di TiO2 meno capaci di immagazzinare ioni sodio. Il team di Qingdao ha affermato che il materiale dell'anodo è stabile fino a 750°C.

"Questo lavoro ha preparato l'anatasio con una struttura speciale per migliorare la conduttività degli elettroni e la cinetica della diffusione degli ioni", ha detto Zhao. Esso "fornisce un metodo per sintetizzare materiali anodici a base di biossido di titanio ad alte prestazioni e idee per studiare il meccanismo di stoccaggio dell'anatasio".

Il lavoro è descritto in "Proprietà di stoccaggio degli ioni di sodio dell'anatasio termicamente stabile", pubblicato su Energy Material Advances.