Novità significative per una tecnologia molto promettente per la diffusione dell'energia elettrica. Le batterie agli ioni di sodio, storicamente sorelle economiche e poco efficaci di quelle agli ioni di litio, potrebbero migliorare grazie al grafene e al laser.

Un team della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) scopre come rendere più efficaci le ben meno costose e impattanti batterie agli ioni di sodio. Risultati promettenti, ma ancora acerbi.

Le batterie, come abbiamo visto in Batterie: il nuovo oro, sono il vero e proprio collo di bottiglia che ostacola il decollo dell'elettricità come vettore energetico.

E quelle agli ioni di litio sono la tecnologia oggi più affidabile, scalabile ed economica per l'accumulo di energia elettrica. Eppure i limiti di questa tecnologia sono molti: il primo di tutti è lo scarso tasso di crescita della capacità di stoccaggio, che sembra aver trovato il limite superiore. Tuttavia, i problemi non si limitano a questo: sono anche piuttosto costose a causa della scarsità sulla terra del litio, richiesto per i catodi.

Le batterie agli ioni di sodio hanno mostrato alcune caratteristiche incoraggianti, per proporsi come un'alternativa molto più economica, ma le prestazioni finora non sono mai state paragonabili. Con l'aiuto di laser e grafene, alcuni ricercatori potrebbero aver sviluppato un nuovo tipo di batteria agli ioni di sodio che funziona meglio e potrebbe ridurre il costo della tecnologia della batteria di un ordine di grandezza.

La ricerca arriva dalla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita. A differenza del litio, il sodio abbonda sul pianeta, in particolare in Saudiarabia, dove gran parte dell'acqua del paese proviene dalla desalinizzazione, quindi c'è molto sodio inutilizzato. In tutto il mondo, il sodio è circa 30 volte più economico del litio, quindi sarebbe bello se potesse essere usato come catodo della batteria. Il problema è che gli anodi di grafite standard non si legano agli ioni di sodio come fanno col litio.

Il team di KAUST ha trovato un modo per creare un materiale chiamato hard carbon per aumentare l'efficacia degli ioni di sodio. La produzione di carbonio hard di solito richiede un complesso processo a più fasi che prevede il riscaldamento di campioni a più di 1.000 gradi Celsius. Ciò elimina il vantaggio in termini di costo dell'uso di sodio nelle batterie. Il team di KAUST è riuscito a creare qualcosa di simile al carbonio duro con relativa facilità utilizzando grafene e laser.

Tutto inizia con un foglio di rame. Il team ha applicato uno strato di polimero composto da urea. I ricercatori avevano fatto esplodere questo materiale con un laser ad alta intensità per creare grafene mediante un processo chiamato carbonizzazione. Tuttavia, il grafene così ottenuto non era sufficiente. Allora hanno tentato, mentre il laser sparava, di aggiungere azoto alla camera di reazione. Gli atomi di azoto finiscono così integrati nella struttura del materiale, sostituendo alcuni degli atomi di carbonio. Alla fine, il materiale contiene circa il 13% di azoto, il resto è carbonio.

La creazione di anodi da questo materiale chiamato "3D graphene" offre diversi vantaggi. Primo, è altamente conduttivo. La maggiore distanza tra atomi lo rende migliore anche per catturare gli ioni di sodio in una batteria agli ioni di sodio. Infine, la base in rame può essere utilizzata come collettore di corrente nella batteria, risparmiando ulteriori passaggi di fabbricazione.

I ricercatori hanno testato una batteria agli ioni di sodio con anodi di grafene 3D, scoprendo che il sistema ha performance superiori agli attuali sistemi agli ioni di sodio. Non è ancora così potente come gli ioni di litio, ma queste celle a basso costo potrebbero diventare popolari per le applicazioni in cui non è necessaria la tecnologia agli ioni di litio ad alte prestazioni.