Batterie al sodio, scoperto un modo per farle durare di più

Le batterie al sodio hanno un problema non da poco: riescono a immagazzinare meno energia rispetto a quelle al litio. Uno dei punti deboli, come abbiamo scritto altre volte, è l’anodo, ovvero la parte della batteria che durante la ricarica deve “accogliere” gli ioni di sodio.

Ora, però, arriva dal laboratorio una possibile soluzione: un nuovo tipo di carbonio duro, con una struttura piena di minuscoli pori che ricorda quella dei coralli. L’idea è semplice: creare più spazio per gli ioni e riuscire così a immagazzinare più energia senza mandare in crisi il materiale dopo tanti cicli di ricarica.

Il materiale ha un nome particolare: si chiama P/S-rGO@C ed è stato sviluppato grazie a un progetto di ricerca finanziato dalla provincia cinese dello Zhejiang. Non significa che domani vedremo auto elettriche con questa batteria, per ora siamo ancora in laboratorio, ma se la tecnologia funzionerà anche su scala più grande, potrebbe dare una bella spinta alle batterie al sodio e ridurre il distacco dalle più diffuse batterie al litio.

Batterie al sodio: che cosa mostra il nuovo materiale

Il carbonio duro è già il materiale anodico più usato nelle batterie al sodio, perché resiste bene ai cicli ripetuti di carica e scarica. Il nuovo composito raggiunge una capacità di 311 mAh per grammo a basse correnti, un valore in linea con le prestazioni migliori registrate da altri studi recenti sullo stesso tipo di materiale.

Il dato più utile per capire la resistenza nel tempo è però un altro: a una corrente di 3 A per grammo, il materiale mantiene 206,6 mAh per grammo dopo 1.000 cicli. Anche sotto stress, con correnti dieci volte più alte, la capacità resta a 152,1 mAh per grammo, segno che la struttura non collassa sotto carichi elevati.

Analisi prestazionale dell'anodo composito in carbonio duro per batterie Na-Ion

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Per contesto, le celle commerciali agli ioni di sodio più avanzate arrivano oggi fino a 175 Wh/kg a livello di cella, contro circa 205 Wh/kg delle batterie agli ioni di litio con chimica LFP e 265 Wh/kg delle celle NMC. Colmare questo divario resta la condizione perché il sodio diventi un'alternativa credibile per le auto elettriche, non solo per l'accumulo stazionario.

Carbonio duro, fosforo e zolfo: come funziona l'anodo

La novità del materiale sta nel codrogaggio con fosforo e zolfo, due elementi che modificano la struttura del carbonio a livello atomico. L'architettura risultante, descritta dagli autori come "un'integrazione di siti di stoccaggio del sodio accessibili con un framework di carbonio conduttivo", crea più punti dove gli ioni possono depositarsi senza deformare il materiale.

Questo meccanismo, noto come pseudocapacità, permette all'anodo di immagazzinare carica più velocemente rispetto ai processi puramente chimici tipici del litio. È lo stesso principio su cui lavorano altri gruppi di ricerca, come quelli che hanno sperimentato il carbonio duro derivato da biomassa o strutture core-shell con antimonio.

Il confronto con altri risultati recenti aiuta a inquadrare il progresso: uno studio separato ha riportato per un anodo ottimizzato un'efficienza iniziale del 91,9% e una capacità di 368,2 mAh/g, mantenuta al 96,5% dopo 5.000 cicli in una cella pouch da 239,1 Wh/kg.

Restano comunque valori di laboratorio, lontani dalla validazione su un pacco batteria completo per veicoli, come confermano anche i tempi indicati da altri produttori: POSCO Future M prevede di completare lo sviluppo del proprio carbonio duro nel terzo trimestre 2027, con produzione di massa non prima del 2028.

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