07/01/2022
Batterie agli ioni di sodio e potassio ad alte prestazioni tramite nuovi materiali per elettrodi di carbonio

Le batterie agli ioni di sodio e potassio sono potenziali alternative prive di litio per i sistemi di accumulo di energia su larga scala basati su risorse abbondanti e più rispettose dell'ambiente. Tuttavia, la velocità insoddisfacente e le prestazioni del ciclo dovute alle dimensioni maggiori degli ioni sodio e potassio e alla loro capacità di muoversi attraverso gli anodi porosi a base di carbonio hanno ostacolato l'applicazione di queste tecnologie di batteria. Ora un gruppo di ricercatori del Bristol Composites Institute e dell'Imperial College ha sviluppato batterie agli ioni di sodio e potassio ad alte prestazioni utilizzando cellulosa proveniente da fonti sostenibili. Hanno implementato una nuova strategia controllabile unidirezionale di modellazione del ghiaccio per sviluppare nuovi materiali per elettrodi di carbonio, chiamati aerogel. Negli aerogel, i nano cristalli di cellulosa vengono formati in una struttura porosa utilizzando cristalli di ghiaccio che vengono fatti crescere e poi sublimati, lasciando così grandi canali all'interno della struttura che possono trasportare i grandi ioni sodio e potassio. “Abbiamo proposto una nuova strategia controllabile di modellazione del ghiaccio per fabbricare nano cristalli di cellulosa a basso costo/aerogel di carbonio derivati ​​da ossido di polietilene con canali gerarchicamente personalizzati e allineati verticalmente come materiali per elettrodi, che possono essere utilizzati per ottimizzare la capacità di velocità e la stabilità del ciclo. di batterie agli ioni di sodio e potassio", ha affermato Jing Wang, autore principale e studente di dottorato presso il Bristol Composites Institute. I ricercatori sono rimasti sbalorditi dalle prestazioni di queste nuove batterie, presentate in dettaglio nel documento "Aerogel di carbonio sostenibili e modellati con ghiaccio con canali gerarchicamente personalizzati per batterie agli ioni di sodio e potassio", pubblicato su “Advanced Functional Materials”.

I loro risultati dimostrano un percorso pratico per mettere a punto le prestazioni di accumulo elettrochimico attraverso una strategia controllabile di modellazione del ghiaccio che, secondo i ricercatori, può essere facilmente estesa a una varietà di altri sistemi di accumulo di energia come zinco, calcio, alluminio e magnesio batterie agli ioni di litio, mostrando il suo potenziale universale per la prossima generazione di sistemi di accumulo di energia. “Traendo vantaggio dalla rinnovabilità del precursore e dalla scalabilità a un costo relativamente basso nel processo di sintesi rispettoso dell'ambiente, questo lavoro potrebbe offrire un percorso interessante per promuovere applicazioni su larga scala di veicoli elettrici sostenibili e reti di stoccaggio dell'energia su larga scala nel prossimo futuro, " lei ha aggiunto. Alla luce di questi risultati, i ricercatori sperano di collaborare con le industrie per sviluppare questa strategia su scala industriale ed esplorare ulteriormente il potenziale di questa tecnologia in un'ampia gamma di sistemi di accumulo a batteria.