Questa LA esplora il potenziale delle batterie al sodio-ione acquose (ASIBs) per l’accumulo energetico sostenibile, utilizzando Na_0.44MnO₂ (NMO) come catodo e NaTi₂(PO₄)₃ (NTP) come anodo, entrambi ibridizzati con nanofili di carbonio (CNFs) per migliorare la conduttività. L’attenzione si è concentrata sull’ottimizzazione dello spessore degli elettrodi, della composizione dell’elettrolita e della geometria della cella per garantire stabilità ed efficienza.

Lo spessore degli elettrodi ha influenzato le prestazioni. Catodi più spessi (200 µm) hanno mostrato una maggiore capacità di scarica ad alte correnti (0,5 A.g⁻¹), ma con fluttuazioni dell’efficienza coulombica e degrado nel lungo termine. Catodi più sottili (50 µm) hanno mantenuto una capacità stabile per oltre 200 cicli, risultando più adatti ad applicazioni ad alta potenza. Negli anodi, quelli sottili (50 µm) hanno raggiunto 105 mAh.g^-1 (80% della capacità teorica) con minima polarizzazione, mentre quelli più spessi (>100 µm) hanno sofferto di maggiore resistenza e capacità ridotta.

Sono state valutate diverse composizioni di elettrolita. Il NaCl (3M) offriva alta conduttività ionica e capacità iniziale elevata, ma presentava problemi di corrosione e perdita di capacità. Il Na2SO4 (1M) garantiva maggiore stabilità, con una capacità iniziale di 46 mAh.g^-1 e una ritenzione dell’83% dopo 200 cicli. L’aumento della molarità di NaOAc comporta un incremento del pH (NaOAc (3M) -> pH = 8.9), ma ha mostrato scarsa efficienza a causa delle reazioni parassite di evoluzione dell’ossigeno.

I test sulla cella completa hanno evidenziato problemi di stabilità. Celle con Na₂SO₄ (1M) hanno perso il 50% della capacità in 20 cicli a 1C per squilibri tra anodo e catodo. Tuttavia, il pre-condizionamento con voltammetria ciclica ha migliorato l’efficienza energetica (70–75%). L’uso di elettroliti super concentrati (32K8N, 32m di potassio acetato e 8m di sodio acetato) ha aumentato la stabilità (88% dopo 100 cicli a 1C), ma la loro elevata viscosità e costo ne limitano la scalabilità. Celle Swagelok con rapporto NMO:NTP di 1,72 operavano a 2.2 V, ma hanno mostrato degrado dopo 80 cicli per instabilità interfaciali.

I risultati indicano che il Na₂SO₄ (1M) è un elettrolita economico e stabile per le ASIBs, ma è cruciale ottimizzare spessore degli elettrodi e pre-condizionamento. Elettroliti super concentrati come il 32K8N migliorano la stabilità ma presentano sfide di scalabilità. Futuri sviluppi dovrebbero concentrarsi su elettroliti ibridi, additivi e tecniche di produzione scalabili per bilanciare prestazioni, costi e durata. Le ASIBs mostrano un potenziale promettente per l’accumulo energetico, a condizione che le problematiche interfacciali vengano risolte.