Mobilità, dagli Usa arriva la batteria trasparente al sodio senza anodo

Una batteria agli ioni di sodio stabile, altamente efficiente, meno costosa da produrre, più piccola di una tradizionale batteria agli ioni di litio, grazie all'assenza dell'anodo: la nuova creazione sviluppata da un gruppo di ricercatori della McKelvey School of Engineering dell'Università di Washington a St.Louise. A metterla a punto è stato Peng Bay, con il suo team di ricerca che ha pubblicato i risultati delle sue ricerche sulla rivista Advanced Science. 

Una tradizionale batteria agli ioni di litio è costituita da un catodo e un anodo, che immagazzinano entrambi gli ioni di litio; un separatore per mantenere separati gli elettrodi su entrambi i lati; e un elettrolita - il liquido attraverso il quale si muovono gli ioni. Quando il litio fluisce dall'anodo al catodo, gli elettroni liberi lasciano il collettore di corrente al dispositivo alimentato mentre il litio passa il separatore al catodo. Per caricare, il processo viene invertito e il litio passa dal catodo, attraverso il separatore, all'anodo. Il concetto di sostituire il litio con sodio e di eliminare l'anodo non è nuovo.  "Abbiamo usato la vecchia chimica - ha detto Bai - Ma il problema è stato che, con questa chimica ben nota, nessuno ha mai dimostrato che questa batteria priva di anodi possa avere una durata ragionevole. Si guastano sempre molto rapidamente o hanno una capacità molto bassa o richiedono un'elaborazione speciale del collettore di corrente".

Le batterie prive di anodi tendono ad essere instabili, anche perché favoriscono lo sviluppo di dendriti - escrescenze simili a dita che possono causare un cortocircuito della batteria o semplicemente un degrado rapido. Questo convenzionalmente è stato attribuito alla reattività dei metalli alcalini coinvolti, in questo caso il sodio. In questa batteria di nuova concezione, solo un sottile strato di foglio di rame è stato utilizzato sul lato dell'anodo come collettore di corrente, cioè la batteria non ha materiale anodico attivo. Invece di fluire verso un anodo dove si accumulano fino al momento di tornare al catodo, nella batteria senza anodo gli ioni vengono trasformati in un metallo. Per prima cosa, si plasmano su un foglio di rame, poi si dissolvono quando è il momento di tornare al catodo.

"Nella nostra scoperta, non ci sono dendriti, né strutture simili a dita", ha detto Bingyuan Ma, primo autore dell'articolo e studente di dottorato nel laboratorio di Bai. Il deposito è liscio, con una lucentezza metallica. "Questo tipo di modalità di crescita non è mai stata osservata per questo tipo di metallo alcalino". Bai ha sviluppato una cella capillare unica e trasparente che offre un nuovo modo di vedere le batterie. Tradizionalmente, quando una batteria si guasta, per determinare cosa è andato storto, un ricercatore può aprirla e dare un'occhiata. Ma questo tipo di osservazione a posteriori ha un'utilità limitata.

"Tutte le instabilità della batteriasi accumulano durante il processo di lavoro", ha affermato Bai. "Ciò che conta davvero è l'instabilità durante il processo dinamico, e non esiste un metodo per caratterizzarlo". "Un quarto del costo del tuo smartphone o della tua auto elettrica proviene dalla batteria", ha detto Bai. Le batterie al sodio utilizzano un metallo più comune delle batterie al litio; hanno la stessa densità di energia delle batterie al litio; e sono più piccole ed economiche delle batterie al litio, grazie all'eliminazione dell'anodo. "Abbiamo dimostrato - ha concluso Bai - che puoi utilizzare la configurazione più semplice per abilitare la migliore batteria".