Lebatterie al sodio-zolfopotrebbero in futuro sostituire quelle basate su elementi comeil litio e il cobaltooggi onnipresenti e che hanno contribuito a cambiare il modo in cui ci rapportiamo con la tecnologia con evidenti le ricadute anche a livello sociale: si pensi solo a quanto siano determinanti a livello di comunicazione dispositivi portatili come glismartphone, ma il discorso può essere esteso in ambiti in rapido sviluppo quali lamobilità elettrica, dalle auto alle biciclette a pedalata assistita.
Il litio e il cobalto portano tuttavia con sé ancheproblemi che spaziano dalle questioni ambientali al rispetto dei diritti umani, a causa della rarità di tali elementi e della necessità di estrarli e raffinarli con conseguenze sulla salute e le condizioni lavorative. Più dimetà delle scorte mondiali di litio si trova per esempio in Cilementre le cronache riportano iseri problemi ambientali e umani derivanti dalle miniere di cobalto in Congo.
Le batterie sodio-zolfo a temperatura ambiente: un primo passo fondamentale
Le batterie al sodio-zolfo spiccano fra le possibili alternative su cui si sono concentrate le ricerche negli ultimi anni. Si tratta didue elementi chimici facilmente reperibili,molto meno dannosi per l’ambiente e assai più economici. Ma sussistono problemi da superare.
I ricercatori dell’Università del Texas a Austinstanno portando avanti sviluppi di notevole interesse in questa tecnologia: è il caso dell’affinamento dell’elettrolita, la sostanza (di solito liquida ma può essere anche solida a seconda della struttura del dispositivo) frapposta fra anodo e catodo al fine di permettere il flusso di elettroni, la generazione di una corrente elettrica.
Uno degli inconvenienti nelle batterie al sodio-zolfo è conseguenza del tentativo di risolvere un altro problema, ovvero portare questo tipo di batteria a essereoperativa a temperatura ambiente anziché ai 300-350°dove presenta invece tanti vantaggi (a parità di volume può immagazzinarecinque volte più energia di un accumulatore al piombo).
Le ricerche hanno in effetti condotto negli ultimi anni a conseguire questo risultato, ma con la conseguenza della nuova difficoltà costituita dal crearsi deidendriti(piccole strutture cristalline) sull’anodo, che possono condurre a un rapidodegradodelle funzionalità della batteria stessa ma anche corti circuiti, a farle prendere fuoco o esplodere.
Il problema è causato daldissolvimento dello zolfoall’interno dell’elettrolita, un fenomeno chiamatoshuttlingche causa perdita di materiale, degradazione dei componenti e, appunto, la formazione di questi microscopici aghi, I dendriti. La sfida consiste neltrovare una sostanza che funga da elettrolita evitando di degradare lo zolfo.
Il nuovo elettrolita porta la necessaria stabilità al dispositivo
Come spiega Amruth Bhargav delManthiram Laboratorypresso l’Università del Texas, ciò di cui abbiamo bisogno è qualcosa di simile (per analogia) allo sciroppo che si forma mettendo molto zucchero nell’acqua: uno stato in cui non tutto si scioglie nel liquido ma una via di mezzo fra legami stabili e dissolvimento.
I ricercatori sono allo stesso modo riusciti a diluire un concentrato salino in unsolvente aproticoinerte in grado di preservarne lo stato diquasi-solidocome in un denso sciroppo. Questo tipo di elettrolita si rivela in grado diprevenire le reazioni indesiderate sopra descritte, allungando la vita della batteria.
Nei test di laboratorio, la batteria sodio-zolfo col nuovo elettrolita ha mostratominimi (0.10%) segni di degradazione o cali nelle performance dopo 300 cicli di carica e scarica. Il passo successivo consiste nella realizzazione di batterie di maggiori capacità e dimensioni per verificarne l’adeguatezza e il livello di funzionalità in applicazioni come i veicoli elettrici oppure lo stoccaggio di energia prodotta da fonti rinnovabili.
Fonte:“Stable Dendrite-Free Sodium–Sulfur Batteries Enabled by a Localized High-Concentration Electrolyte“,Journal of the American Chemical Society(2021)
