Ricaricare le batterie in pochi secondi: il notevole risultato delle batterie al sodio

I ricercatori del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hanno sviluppato una batteria ibrida sodio-ione ad alta potenza che può essere caricata in pochi secondi. Lo studio è stato pubblicato su Energy Storage Materials.

Il sodio è considerato quasi 1000 volte più abbondante del litio. Pertanto, i dispositivi di accumulo di energia elettrochimica agli ioni di sodio sono più interessanti del tradizionale accumulo di energia elettrochimica agli ioni di litio.

Guidato dal Professor Jeung Ku Kang del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, il team di ricerca ha integrato i materiali anodici tipicamente utilizzati nelle batterie con catodi adatti ai supercondensatori.

La combinazione ha permesso alla batteria di raggiungere elevate capacità di accumulo e tassi di carica-scarica rapidi. Lo studio indica che la batteria può essere una valida alternativa di prossima generazione alle batterie agli ioni di litio.

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

Dispositivo ibrido di accumulo di energia agli ioni di sodio

Comprendendo l’anodo e il catodo di nuova concezione, la cella completa assemblata forma un dispositivo ibrido di accumulo di energia agli ioni di sodio ad alte prestazioni, che supera la densità energetica delle batterie agli ioni di litio commerciali disponibili sul mercato. Secondo i ricercatori, il dispositivo presenta le caratteristiche della densità di potenza dei supercondensatori.

“Lo sviluppo di una batteria ibrida con un’alta energia e un’alta densità di potenza richiede un miglioramento del lento tasso di accumulo di energia degli anodi di tipo batteria, nonché il potenziamento della capacità relativamente bassa dei materiali catodici di tipo supercondensatore”, ha detto il team in un comunicato.

Le batterie al sodio possono soddisfare una domanda crescente di accumulo di energia

La batteria può soddisfare una domanda crescente di dispositivi di accumulo di energia elettrochimica a basso costo, con un’alta densità di energia per un funzionamento prolungato con una singola carica e una densità di potenza a ricarica rapida, per soddisfare un’ampia gamma di applicazioni che vanno dai dispositivi elettronici mobili ai veicoli elettrici (EV), fino ai sistemi di rete su larga scala.

Attualmente, i sistemi di accumulo di energia agli ioni di sodio sono scarsi in termini di ricaricabilità, in quanto hanno una bassa densità di potenza, pur fornendo una densità di energia relativamente elevata. Attualmente sono disponibili due tipi di sistemi di accumulo al sodio, le batterie agli ioni di sodio (SIB) e i condensatori agli ioni di sodio (SIC). Pertanto, i ricercatori si sono concentrati sulle celle di accumulo energetico ibride sodio-ione (SIHES).

Le SIHES possono utilizzare le diverse finestre di potenziale dei catodi di tipo condensatore e degli anodi di tipo batteria. Ha attirato molta attenzione perché questo sistema di accumulo, in linea di principio, potrebbe consentire contemporaneamente un’alta densità energetica e una densità di potenza a ricarica rapida.

Secondo i ricercatori, il SIHES può raggiungere una densità energetica di 247 Wh/kg e una densità di potenza di 34.748 W/kg. Il Professor Kang ha detto che la ricerca rappresenta una svolta per superare le attuali limitazioni dei sistemi di accumulo di energia. Prevede applicazioni più ampie per vari dispositivi elettronici, compresi i veicoli elettrici.

Probabilmente sarà utile per applicazioni di ricarica rapida che vanno dai veicoli elettrici ai dispositivi elettronici intelligenti e alle tecnologie aerospaziali.ls.