Ricercatori canadesi sviluppano una nuova batteria al sodio solido con alta densità energetica e stabilità termica, promettendo un’alternativa più sicura ed economica al litio.
La crescente richiesta di sistemi di accumulo energetico ad alte prestazioni, unita alla limitata disponibilità di litio a livello globale, ha accelerato la ricerca di alternative più abbondanti, sicure e sostenibili. In questo contesto si inserisce l’innovativa batteria allo stato solido a base di sodio sviluppata dal team del professor Yang Zhao presso la Western University, in Canada.
Il sodio (Na), abbondante nella crosta terrestre e facilmente reperibile, rappresenta una scelta strategica per superare i limiti delle tradizionali batterie agli ioni di litio (Li-ion), che dipendono da materiali critici, sono costose da produrre e comportano rischi termici significativi legati all’uso di elettroliti liquidi infiammabili.
Il cuore dell’innovazione risiede nello sviluppo di un elettrolita solido inorganico in grado di condurre ioni di sodio in modo efficiente, mantenendo al contempo elevata stabilità chimica, meccanica e termica. La difficoltà principale nello sviluppo di batterie al sodio solide è sempre stata la bassa mobilità ionica nei solidi e la fragilità strutturale dei materiali conduttivi.
Per superare queste barriere, il team di Zhao ha progettato un materiale cristallino innovativo a base di zolfo e cloro, in grado di favorire il trasporto ionico attraverso la struttura reticolare, migliorando la conduttività e la robustezza del composto.
Nei test di laboratorio, il nuovo elettrolita solido ha dimostrato una conduttività ionica del sodio competitiva, insieme a eccellenti proprietà termomeccaniche. Queste caratteristiche sono essenziali per garantire la durata e l’affidabilità delle batterie in applicazioni reali, dove sono richiesti migliaia di cicli di carica e scarica e resistenza a condizioni estreme.
Le misurazioni hanno evidenziato:
L’integrazione di atomi di zolfo nella struttura ha favorito l’effetto di “ion hopping”, meccanismo che consente agli ioni di sodio di muoversi attraverso il reticolo con minore barriera energetica, migliorando significativamente la conducibilità.
Per studiare in dettaglio i meccanismi di conduzione ionica all’interno del materiale, i ricercatori si sono avvalsi delle strutture del Canadian Light Source (CLS), una delle infrastrutture più avanzate per la spettroscopia a raggi X ad alta risoluzione.
L’analisi mediante X-ray absorption spectroscopy (XAS) ha permesso di mappare:
Questi dati forniscono informazioni cruciali per la progettazione di nuovi materiali conduttivi e validano sperimentalmente la funzionalità dell’elettrolita sviluppato.
Il sodio offre diversi vantaggi rispetto al litio, non solo in termini di abbondanza e costi, ma anche per la compatibilità ambientale e la sicurezza intrinseca. Tra i principali vantaggi strategici:
Queste caratteristiche rendono le batterie al sodio solide una soluzione promettente per veicoli elettrici, sistemi di accumulo su larga scala e dispositivi portatili, specialmente nei contesti in cui la sicurezza e il costo sono fattori prioritari.
Grazie all’elevata stabilità operativa e alla conducibilità ionica ottenuta, il materiale sviluppato presso la Western University si presta a una vasta gamma di applicazioni:
In particolare, nei sistemi di grid storage, la combinazione tra basso costo, lunga durata e sicurezza consente di abilitare architetture di accumulo decentralizzate ad alta efficienza.
Anche se le batterie al sodio allo stato solido non sono ancora pronte per il mercato, i risultati ottenuti rappresentano un passo concreto verso la commercializzazione. Il prossimo stadio di sviluppo prevede:
Il lavoro è stato pubblicato su riviste peer-reviewed come Advanced Functional Materials e Advanced Materials, confermando la solidità metodologica e l’interesse della comunità scientifica internazionale per questa tecnologia.
Il nuovo elettrolita solido a base di sodio rappresenta una delle più promettenti innovazioni nel settore dell’energia, con il potenziale di ridefinire lo standard delle batterie del futuro. Combinando sicurezza intrinseca, sostenibilità economica e prestazioni elevate, la tecnologia sviluppata dal team canadese si candida come valida alternativa alle batterie al litio, sia per applicazioni mobili che stazionarie.
La ricerca scientifica sui materiali per l’accumulo energetico si conferma un ambito cruciale nella transizione ecologica e tecnologica, con impatti che vanno ben oltre il settore automobilistico. Il sodio solido potrebbe essere il nuovo punto di riferimento per una generazione di batterie più accessibili, durature e sicure.