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Materiali organo metallici porosi nelle batterie a ioni sodio: studio di fattibilità presso i laboratori RSE

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Materiali organo metallici porosi nelle batterie a ioni sodio: studio di fattibilità presso i laboratori RSE

Studio di letteratura sui MOF; metodi di sintesi, di caratterizzazione e principaliapplicazioni. Studio di fattibilità per lo sviluppo di MOF con applicazioni in batterie a ioni Sodio presso i laboratori RSE.

Affinché la penetrazione delle Energie Rinnovabili non programmabili nel sistema energetico nazionale sia davvero efficace, è sempre più impellente il bisogno di sviluppare su scala industriale sistemi di accumulo ad alta efficienza, a prezzi contenuti e adatti a varie applicazioni.

Le batterie a ioni litio (LIB) sono tutt’ora largamente studiate e risultano avere grandi potenzialità; tuttavia la limitata disponibilità sulla crosta terrestre del Litio e di alcuni elementi coinvolti nella produzione di queste celle, rende impossibile una piena applicazione di questi sistemi a livello globale. Un ulteriore ostacolo alla loro diffusione è inoltre costituito dall’impatto ecologico e in termini di sicurezza di queste batterie, in alcuni casi soggette a surriscaldamento ed esplosione. La possibilità di sviluppare batterie a base di ioni Sodio (NIB), il cui meccanismo di funzionamento è simile alle LIB, permetterebbe di superare sia i problemi dovuti all’abbondanza del Litio, sia quelli dovuti all’impatto ambientale e alla sicurezza di tali batterie, rendendo possibile un’ industrializzazione sostenibile dei sistemi di accumulo a costi contenuti.

Lo studio di materiali catodici e anodici per le batterie a ioni sodio è ancora in fase di sviluppo: per quanto riguarda il comparto catodico sono stati principalmente testati come materiali ossidi misti a base Sodio mentre i migliori risultati come anodo sono stati ottenuti dalla combustione del glucosio (hard carbon); se la capacità specifica di questi sistemi può essere paragonata nel migliore dei casi a quella ottenuta per le celle LIB, la stabilità delle celle NIB è ancora molto bassa e deve essere migliorata. Soltanto recentemente si è iniziata a studiare una nuova classe di composti, i MOF (Metal Organic Frameworks), come materiali elettrodici per queste batterie. I MOF sono polimeri cristallini in cui aggregati di metalli di transizione (o derivati metallici) sono interconnessi tra loro grazie a molecole organiche pontanti (linker).

In base alle molecole organiche utilizzate come linker è possibile regolare la struttura dei MOF, in termini di flessibilità, di porosità e di area superficiale. La possibilità di avere strutture 3D flessibili, con porosità sufficientemente grandi da intercalare gli ioni Na+ e con ampia area superficiale, ha portato allo sviluppo, utilizzando i MOF, di materiali catodici e anodici stabili sino a 4000 cicli, benchè le capacità specifiche ottenute siano ancora da migliorare. L’attività di questa task ha riguardato lo studio di letteratura dei MOF, sia dal punto di vista della sintesi e caratterizzazione, sai dal punto di vista delle principali applicazioni, in particolare per quanto riguarda l’accumulo. E’ stato quindi eseguito uno studio di fattibilità relativo allo sviluppo di materiali anodici a base MOF presso i laboratori RSE, tenendo in considerazione le competenze, le facilities e le strumentazioni necessarie per la messa in pratica del progetto.

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