Gli esperti interrogano il mistero sulla stabilità della batteria agli ioni di sodio • The Register

Jul 07, 2023

Il mondo si sta avvicinando sempre di più alla sostituzione del litio nelle batterie con il sodio e i ricercatori della Cornell University pensano di aver trovato un modo per aiutare ad affrontare i problemi di stabilità nella nascente tecnologia di stoccaggio dell’energia.

Lanciando un raggio di raggi X altamente sincronizzato su una batteria agli ioni di sodio durante il processo di ricarica, i ricercatori hanno affermato di essere stati in grado di individuare difetti transitori dei cristalli che si verificano solo quando la batteria era in uso e che svaniscono quando è a riposo. la sua carta.

"Se osservassimo la batteria prima e dopo il primo ciclo di carica-scarica, non vedremmo difetti. Ma durante l'operazione, vediamo come i difetti si formano e si autoriparano, lasciando dietro di sé "cicatrici" rilevabili", ha affermato Andrej Singer , ricercatore capo e docente presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Cornell.

Le batterie agli ioni di sodio sono state all’avanguardia nella ricerca sulle batterie negli ultimi anni, ma si degradano rapidamente quando vengono caricate e scaricate e una durata di vita così breve le rende molto meno pratiche come sostituti delle batterie agli ioni di litio a lunga durata.

Anche se questa scoperta potrebbe aiutare i futuri ricercatori a comprendere meglio come funzionano i catodi nelle batterie agli ioni di sodio, il team ha affermato che non hanno ancora capito bene il meccanismo dietro la loro formazione. Sono stati, tuttavia, in grado di utilizzare la modellazione metallurgica per prevedere il movimento dei difetti transitori attraverso il catodo.

Forti di queste conoscenze, il team della Cornell/Università della California, San Diego/Università di Chicago/Argonne National Laboratory intende ora studiare come i difetti interagiscono con il processo di diffusione ionica mentre la batteria si carica e si scarica. Singer ha detto che i difetti suggeriscono che la forma delle particelle gioca un ruolo in quel processo di interazione, qualcosa che lui e il suo team vogliono esplorare ulteriormente.

"Per secoli, i fabbri hanno utilizzato l'ingegneria dei difetti nei metalli per creare materiali più forti e durevoli senza nemmeno rendersene conto", ha detto Singer, aggiungendo che spera che l'utilizzo di un approccio di ingegneria dei difetti ai catodi di ioni di sodio possa aiutare a risolvere il problema della stabilità.

Molti settori diversi stanno includendo la sostenibilità nelle loro future roadmap di prodotti e le batterie non sono diverse. Il litio è un materiale molto più raro e molto più costoso del sodio, che è abbondante in tutto il mondo, chimicamente simile al litio e relativamente economico.

I produttori cinesi di batterie BYD e CATL hanno entrambi lavorato attivamente su batterie agli ioni di sodio che evitano problemi di degrado ed è stato recentemente riferito che entrambe le aziende intendono mettere in campo batterie miste agli ioni di litio-sodio nei veicoli elettrici di fabbricazione cinese entro la fine dell'anno.

Gli Stati Uniti sono già diventati ritardatari in altre forme di tecnologia delle batterie e, a detta di tutti, la Cina è pronta a conquistare il mercato delle batterie agli ioni di sodio una volta che avranno raggiunto uno stato pronto per la produzione.

Secondo il New York Times, 16 delle 20 fabbriche di batterie al sodio attualmente progettate o in costruzione si trovano in Cina; tra due anni il 95% della capacità produttiva mondiale di batterie al sodio apparterrà alla Cina.

Sebbene sia possibile raffinare il sodio per le batterie da fonti come sale marino e altre forme di cloruro di sodio, gran parte di esso proviene da fonti come il carbonato di sodio o il carbonato di sodio, la principale fonte di sodio per applicazioni industriali. Il Wyoming, ad esempio, ospita una delle più grandi fonti di carbonato di sodio mai scoperte, ampiamente utilizzata negli Stati Uniti e che potrebbe servire come fonte di sodio per le batterie.

La raffinazione del carbonato di sodio naturale è molto più sostenibile rispetto al litio, ma in Cina, dove è probabile che nei prossimi anni venga prodotta la maggior parte delle batterie agli ioni di sodio, predomina il carbonato di sodio sintetico prodotto tramite il processo Solvay.

Il processo Solvay utilizzato per produrre il carbonato di sodio sintetico cinese è chimicamente intenso e richiede molto calore, in genere carbone, il che significa che le batterie agli ioni di sodio cinesi probabilmente non saranno la soluzione sostenibile di cui il mondo ha bisogno. ®

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