Il rivoluzionario materiale catodico consente un'alta

Gli scienziati hanno compiuto progressi significativi nell'affrontare l'instabilità aria/acqua e l'instabilità strutturale ed elettrochimica dei materiali catodici a base di ossido metallico di transizione di sodio per le batterie agli ioni di sodio. Questi nuovi sviluppi hanno portato alla creazione di materiali catodici stabili e ad alte prestazioni che mostrano un'eccellente stabilità ciclica elettrochimica e rimangono stabili se esposti all'aria e all'acqua. Questa svolta è fondamentale per lo sviluppo di sistemi di stoccaggio dell’energia economicamente vantaggiosi e sostenibili per varie applicazioni, tra cui l’elettronica di consumo, lo stoccaggio dell’energia in rete, lo stoccaggio dell’energia rinnovabile e i veicoli elettrici.

Con la crescente importanza dei veicoli elettrici a batteria a causa delle preoccupazioni ambientali, è essenziale lo sviluppo di un sistema di batterie agli ioni di metalli alcalini conveniente, sicuro e sostenibile oltre agli ioni di litio. L’India, in particolare, possiede abbondanti fonti di sodio, il che rende il prossimo sistema di batterie agli ioni di sodio molto significativo nel contesto indiano. Le celle agli ioni di sodio sono costituite da materiali attivi catodici e anodici che consentono l'inserimento e la rimozione reversibile degli ioni Na durante la carica e la scarica. Le prestazioni di queste celle dipendono dalla stabilità degli elettrodi, dalla cinetica del trasporto del Na e da varie resistenze dinamiche.

Sebbene le batterie agli ioni di sodio offrano molti vantaggi, il comportamento elettrochimico e la stabilità dei materiali catodici stratificati a base di ossido metallico di transizione di Na necessitano di miglioramenti per un utilizzo diffuso nei sistemi di batterie agli ioni di Na. La mancanza di stabilità rende difficile la gestione e lo stoccaggio degli ossidi dei metalli di transizione di Na e influisce negativamente sulle loro prestazioni elettrochimiche. Inoltre, la loro instabilità dell’acqua richiede l’uso di sostanze chimiche tossiche e costose come l’N-metil-2-pirrolidone (NMP) per la preparazione degli elettrodi, invece di fanghi a base di acqua.

Il gruppo del professor Amartya Mukhopadhyay presso l'IIT di Bombay ha compiuto progressi significativi nello sviluppo di catodi stabili dal punto di vista ambientale e ad alte prestazioni per le batterie agli ioni di sodio. Introducendo la spaziatura "interlaboratorio" attraverso la regolazione della covalenza del legame TM-O, hanno proposto un criterio di progettazione universale per uno sviluppo diffuso e di successo di questi catodi. La regolazione del grado di covalenza influisce sulla carica netta degli ioni O, influenzando l'attrazione elettrostatica tra gli ioni Na e O, nonché le repulsioni tra gli ioni O attraverso lo strato Na.

La ricerca dimostra che la riduzione della covalenza TM-O si traduce in legami Na-O più forti e una migliore stabilità aria/acqua, mentre l’aumento della covalenza TM-O porta a legami Na-O più deboli e una cinetica di trasporto Na-O migliorata, consentendo una maggiore densità di potenza. Inoltre, aumentando la covalenza del legame TM-O, il gruppo ha stabilizzato la coordinazione prismatica O degli ioni Na, consentendo una maggiore capacità di stoccaggio di Na e una migliore stabilità aria/acqua.

Questi progressi hanno un immenso significato pratico e si prevede che faciliteranno lo sviluppo diffuso di sistemi di batterie agli ioni di sodio ad alte prestazioni ed economici attraverso metodi di lavorazione degli elettrodi ecologici.