Innovazione nella Sicurezza delle Batterie al Sodio
Una batteria al sodio sviluppata dai ricercatori dell’Università del Texas a Austin riduce significativamente i rischi di incendio legati a questa tecnologia, utilizzando anche materiali economici e abbondanti come elementi costitutivi.
Sebbene gli incendi delle batterie siano rari, l’incremento dell’uso delle batterie porta a un aumento di questi incidenti.
Il segreto di questa innovazione nella batteria al sodio, recentemente pubblicata su Nature Energy, è un diluente solido. I ricercatori hanno impiegato un diluente solido a base di sale nell’elettrolita, agevolando il ciclo di carica-scarica. Un tipo specifico di sale, il nitrato di sodio, ha permesso ai ricercatori di utilizzare un singolo solvente non infiammabile nell’elettrolita, stabilizzando la batteria nel suo complesso.
Nel tempo, i molteplici solventi liquidi in un elettrolita, il componente che trasferisce ioni portatori di carica tra i due elettrodi della batteria, reagiscono con altri componenti degradando le batterie e aumentando i rischi di sicurezza. Il sodio, un’alternativa al litio che è uno degli ingredienti chiave di questa batteria, è altamente reattivo, rappresentando una sfida significativa per l’adozione di questi tipi di batterie. Tali reazioni possono portare alla formazione di filamenti simili a aghi chiamati dendriti, che possono causare cortocircuiti elettrici nella batteria, persino provocando incendi o esplosioni.
“Le batterie prendono fuoco perché i solventi liquidi nell’elettrolita non vanno d’accordo con altre parti della batteria”, ha dichiarato Arumugam Manthiram, professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Cockrell School of Engineering e ricercatore principale del progetto. “Abbiamo ridotto tale rischio dall’equazione per creare una batteria più sicura e stabile.”
Vantaggi Economici e Ambientali della Batteria al Sodio
Oltre al miglioramento della sicurezza, questa nuova batteria a base di sodio rappresenta un’alternativa meno costosa alle batterie al litio che alimentano smartphone, laptop, auto elettriche e altro ancora. La batteria vanta anche ottime prestazioni. La durata di una batteria su una singola carica tende a diminuire nel tempo. La nuova batteria al sodio ha mantenuto l’80% della sua capacità per 500 cicli, equiparandosi allo standard delle batterie al litio degli smartphone.
“Qui mostriamo una batteria al sodio sicura ed economica da produrre, senza perdita di prestazioni”, ha affermato Manthiram. “È fondamentale sviluppare alternative alle batterie al litio che non siano solo all’altezza, ma addirittura migliori.”
Sebbene i ricercatori abbiano applicato questa tecnica a una batteria al sodio, sostengono che potrebbe tradursi anche in celle basate su litio, sebbene con materiali diversi.
L’estrazione del litio è costosa e è stata criticata per i suoi impatti ambientali, tra cui un intenso utilizzo delle acque sotterranee, inquinamento del suolo e dell’acqua e emissioni di carbonio. In confronto, il sodio è disponibile nell’oceano, è più economico e ha un impatto ambientale inferiore.
Le batterie al litio utilizzano tipicamente anche il cobalto, che è costoso e viene estratto principalmente nella Repubblica Democratica del Congo in Africa, con significativi impatti sulla salute umana e sull’ambiente. Nel 2020, Manthiram ha dimostrato una batteria al litio innovativa e priva di cobalto.
Anche questa batteria è priva di cobalto, oltre che di litio. Gli altri componenti sono composti per il 40% di ferro, il 30% di manganese e il 30% di nichel.
Gli altri autori del documento sono Jiarui He, Amruth Bhargav, Laisuo Su, Julia Lamb e Woochul Shin, tutti del programma di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Cockrell School e dell’Istituto dei Materiali del Texas, e John Okasinski dell’Argonne National Laboratory.
