I ricercatori in Cina hanno appena risolto l’unico problema che uccide le batterie al sodio metallico. Sono i dendriti. Crescite appuntite e aghiformi che penetrano nei separatori e causano cortocircuiti. Difetti fatali per anni. Finora.
Un nuovo design, pubblicato su Nano-Micro Letters il 21 maggio, si ricarica in quattro minuti. Solo quattro. Inoltre mantiene la capacità per anni. Nessun cortocircuito. Nessuna svolta nei dendriti.
La svolta è un elettrolita gel resistente e quasi solido denominato Sn-FB QSE.
Le batterie al sodio metallo (SMB) dovrebbero essere le eredi degli ioni di litio. Più economico. Più sicuro. Materiali abbondanti. Ma hanno la cattiva abitudine di trasformarsi in un progetto esplosivo per la fiera della scienza. Perché? Perché il sodio è altamente reattivo.
Quando gli ioni si muovono attraverso una batteria, formano uno strato chiamato SEI. Interfase dell’elettrolita solido. Dovrebbe proteggere l’anodo. Di solito funziona bene. Ha uno spessore compreso tra 10 e 50 mm, praticamente microscopico. Con il sodio si rompe. Quelle crepe invitano gli ioni di sodio ad accumularsi. Formano protuberanze. I dossi diventano picchi. Le punte perforano la membrana. Zap.
Il QSE Sn-FB risolve questo problema. È semisolido. Forte contro le forature. Impedisce al sodio di trasformarsi in stalagmiti.
I risultati del test? Difficile da ignorare.
Il team ha caricato e scaricato la cella per oltre 6,00 ore. Seimila ore di ciclismo costante. Zero dendriti hanno perforato la barriera.
Hanno spinto il tasso di addebito al limite assoluto. Da zero a 100% in quattro minuti. La batteria ha mantenuto 80,1 mAh/g. È circa la metà di quello che vedresti in una batteria agli ioni di litio di alto livello alla stessa folle velocità. Ma la velocità non è l’unico parametro.
Rallentalo. Ricarica in 20 minuti invece di 4. Continua ad andare avanti. Oltre 2,00 cicli. La batteria ha mantenuto il 9% della sua capacità iniziale. Ciò corrisponde ai limiti teorici dell’attuale tecnologia agli ioni di litio. Ma costa meno. È più sicuro.
Le PMI combinano la natura economica e abbondante della tecnologia agli ioni di sodio con l’elevata densità di energia e l’ingombro ridotto degli ioni di litio.
Quella dimensione conta. Gli ioni di litio sono pesanti. Il cobalto e il litio sono rari, geopoliticamente sensibili e costosi. Inoltre prendono fuoco facilmente. Il sodio è ovunque. La terra ne ha letteralmente più dell’oro.
Le PMI utilizzano un anodo metallico di sodio. A differenza delle batterie standard agli ioni di sodio, che utilizzano la grafite, l’anodo metallico è più leggero. Molto più leggero. Anche gli ioni sono voluminosi. Non possono correre verso una breccia abbastanza velocemente da avviare una reazione di fuga termica. Se la batteria viene forata, smette di funzionare. Non prende fuoco.
I veicoli elettrici chiedono questo.
L’attuale re della velocità è il BYD Denza. Raggiunge il 70% dal 10% in cinque minuti. Cinque. Ma ciò richiede caricabatterie specializzati da 1 MW che non esistono nel tuo quartiere. Modello 3 di Tesla? Quindici minuti con un caricabatterie da 250 kW. Novanta minuti su uno stallo standard da 50 kW. La maggior parte dei conducenti non può aspettare novanta minuti.
Se le PMI funzioneranno come promesso, l’autonomia potrebbe essere inferiore a quella del litio. Ma il tempo per fare il pieno si riduce da un’ora a una pausa caffè.
Autobus di trasporto pubblico? Vestibilità perfetta. Auto pendolari? Buona vestibilità. Si siedono nei depositi e fanno ricarica mentre gli autisti dormono o riposano. Non hanno bisogno dell’enorme autonomia di un viaggio su strada attraverso il paese. Hanno bisogno di affidabilità e velocità.
Ma non aspettarti presto un telefono per PMI.
I telefoni si surriscaldano. Diventano freddi. Gli elettroliti gel odiano gli sbalzi di temperatura. La chimica cambia. Le prestazioni diminuiscono. I ricercatori lo ammettono. Ciò deve essere replicato. Ha bisogno di ridimensionamento. Deve sopravvivere alla dura realtà di finire nella tasca della giacca in inverno.
Il sodio metallico puro è roba pericolosa. Sostituire i ben conosciuti anodi di grafite che abbiamo ora è un passo avanti. Uno grande.
Sarà un lungo decennio.
Forse la rivoluzione delle batterie non verrà dalla creazione del perfetto accumulatore di energia. Forse verrà dall’accettarne uno più piccolo. Finché si riempie abbastanza velocemente.
Qual è il tuo limite di pazienza? Cinque minuti.
