Stampa 3D di reticoli di carbonio indipendenti per batterie agli ioni di sodio

Nuovi elettrodi a microreticolo di carbonio ad alte prestazioni, facilmente fabbricabili, potrebbero presto essere utilizzati per realizzare batterie più economiche alimentate da ioni di sodio prontamente disponibili. L’approccio è stato pubblicato dai ricercatori e colleghi della Tohoku University sulla rivista Small, con il titolo “A 3D-Printed, Freestanding Carbon Lattice for Sodium Ion Batteries”.

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate in un’ampia gamma di applicazioni, dagli smartphone alle auto elettriche, grazie alle loro elevate prestazioni e alla capacità di immagazzinare grandi quantità di energia. Tuttavia, la produzione di queste batterie è costosa, le riserve di metallo si stanno rapidamente esaurendo e la sua estrazione può essere dannosa per l’ambiente. Gli scienziati sono alla ricerca di modi per ridurre i costi di produzione delle batterie e sbloccare il potenziale degli ioni di sodio più ampiamente disponibili.

Akira Kudo, ricercatore dei materiali presso la Tohoku University, Yuto Katsuyama, studente dell’Università della California e colleghi stanno cercando modi per ottenere batterie ad alte prestazioni ea basso costo aumentando la quantità caricata di materiali attivi utilizzati per trasformare una batteria in una singola cella. Ciò ridurrebbe i materiali inattivi utilizzati per legare insieme più cellule. Tuttavia, ciò richiede la fabbricazione di elettrodi più spessi, che limiterebbero il movimento degli ioni – e quindi quello della carica elettrica – all’interno della batteria.

Kudo e il suo team hanno affrontato questo problema sviluppando un approccio che fabbrica elettrodi (anodi) micro-architettura, ad alte prestazioni e caricati negativamente.

L’approccio prevede l’utilizzo della stereolitografia 3D per stampare strutture a micro reticolo realizzate in resina. I micro reticoli vengono quindi ridotti carbonizzandoli tramite un processo chiamato pirolisi. Si è scoperto che gli anodi di carbonio duro risultanti consentono il trasporto rapido di ioni generatori di energia. Man mano che il team ha perfezionato la struttura del reticolo, le sue prestazioni sono migliorate. Secondo Kudo, poiché le stampanti 3D ottengono una risoluzione crescente, le batterie agli ioni di sodio potrebbero alla fine superare quelle agli ioni di litio.

Il team poi mira a utilizzare questo stesso approccio per realizzare elettrodi (catodici) carichi positivamente. L’obiettivo finale è utilizzare questi elettrodi stampati in 3D finemente progettati per realizzare batterie agli ioni di sodio ad alte prestazioni ed economiche.