Batterie al sodio, un trattamento a 900 °C controlla il carbonio duro

I ricercatori dell'Università di Tianjin hanno studiato un trattamento termico-meccanico a 900 °C per controllare con maggiore precisione la microstruttura del carbonio duro, uno dei principali materiali anodici impiegati nelle batterie sodio-ione. Il lavoro, condotto da Zongfu Sun e dai suoi colleghi e pubblicato su Nature Communications, riguarda celle pouch.

Come cambia la struttura del carbonio duro

Durante la carbonizzazione, il precursore organico si trasforma progressivamente in carbonio. Il metodo analizzato combina temperatura e forze applicate per intervenire sulla formazione dei micropori, sulle zone disordinate e sulla distanza tra i piani turbostratici, cioè gli strati di carbonio disallineati caratteristici del materiale.

Questa struttura porosa e disordinata consente agli ioni di sodio di muoversi nell'anodo attraverso due meccanismi: l'intercalazione tra i piani di carbonio e l'adsorbimento nei pori. Il carbonio duro può così raggiungere capacità reversibili superiori a 300 mAh/g, anche se le prestazioni dipendono dai parametri di carbonizzazione, dal precursore e dalla configurazione completa della cella.

L'equilibrio tra capacità sloping e plateau

Uno degli aspetti centrali della ricerca è il bilanciamento tra capacità sloping e capacità plateau. La prima è associata all'adsorbimento superficiale, mentre la seconda deriva dal riempimento dei micropori interni. Temperatura di carbonizzazione, tempo di permanenza e velocità di riscaldamento possono modificare questo equilibrio, incidendo sulle caratteristiche della cella.

Il carbonio duro può inoltre essere ottenuto da precursori relativamente economici, tra cui gusci di cocco, carbone e scarti agricoli. L'impiego di queste materie prime richiede però un controllo rigoroso del trattamento termico, soprattutto quando l'obiettivo è ottenere materiale uniforme e caratteristiche prevedibili tra lotti differenti.

La verifica decisiva resta quella industriale

Il trattamento a 900 °C punta a rendere più coerente la formazione della microstruttura del carbonio duro. La sua applicazione su linee produttive industriali, tuttavia, non è ancora dimostrata. La ricerca indica quindi una possibile strada per controllare meglio il materiale, senza certificare per ora il superamento delle difficoltà legate alla produzione su larga scala.

La capacità di mantenere caratteristiche uniformi tra i lotti resta infatti una delle principali criticità per le batterie sodio-ione. Sarà necessario verificare se il processo studiato in laboratorio potrà essere trasferito alla produzione industriale conservando il controllo ottenuto sulla struttura del carbonio duro.

Una domanda per voi

Quale aspetto dovrebbe essere verificato per primo nel trasferimento industriale del trattamento del carbonio duro a 900 °C?

Nota sulla redazione: questo articolo è stato realizzato con il supporto di EVA AI.