Le nuove batterie allo stato solido a base di sodio possono sbloccare una ricarica più veloce e una capacità più elevata

I ricercatori dell'Istituto federale tedesco per la ricerca e i test sui materiali (BAM) stanno reingegnerizzando le batterie allo stato solido per superare il limite raggiunto dalle attuali celle agli ioni di litio il limite raggiunto dalle attuali celle agli ioni di litio. Il loro progetto è incentrato su un nuovo elettrolita superionico di sodio (NASICON) che potrebbe sbloccare una ricarica più rapida, una durata maggiore e costi inferiori, senza compromettere la sicurezza.

I pacchi agli ioni di litio convenzionali si basano su anodi di grafite che immagazzinano un numero finito di ioni. Il passaggio al litio metallico - o al sodio, più economico e abbondante - aumenterebbe la densità energetica fino al 40 percento. Il problema è che gli anodi solidi hanno bisogno di un elettrolita solido, e l'interfaccia rigida tra i due spesso forma dei vuoti che mettono fuori uso la batteria. Un anodo parzialmente liquido può risolvere il problema dell'interfaccia, ma solo se l'intero sistema rimane stabile.

Il team di BAM, guidato dal ricercatore ospite Gustav Graeber, ha già dimostrato che un anodo liquido di metalli alcalini può fornire una potenza 100 volte superiore a quella della grafite. Al momento, però, questa potenza record appare solo a circa 250°C (482°F). Per portare la tecnologia a temperatura ambiente, i ricercatori aggiungono potassio per abbassare il punto di fusione dell'anodo. La maggior parte degli elettroliti solidi si degrada a contatto con il potassio, quindi l'elettrolita diventa il nuovo collo di bottiglia.

I materiali NASICON rompono questa impasse. Conducono bene gli ioni a condizioni ambientali e tollerano il potassio, soprattutto se drogati con afnio. L'afnio, tuttavia, è scarso e costoso. Il progetto BAM, quindi, vaglia i droganti abbondanti di terra che possono eguagliare l'effetto stabilizzante dell'afnio. Le composizioni più promettenti sono già state integrate e ciclate in prototipi di celle al sodio.

Se la ricerca avrà successo, le batterie a stato solido a base di sodio potrebbero passare dal laboratorio ai dispositivi di uso quotidiano e ai veicoli elettrici. Una maggiore densità energetica prolungherebbe il tempo di funzionamento, mentre gli elettroliti solidi migliorerebbero la sicurezza intrinseca. Una ricarica più rapida e una catena di approvvigionamento che si basa sul sodio abbondante piuttosto che sul litio e sul cobalto scarsi, renderebbero la tecnologia interessante anche per l'accumulo in rete, un passo incrementale ma significativo verso sistemi energetici a basse emissioni di carbonio.