La sperimentazione ha permesso la sintesi di un materiale catodico quale Na0.44MnO2 (NMO), potenzialmente impiegabile per la realizzazione di sistemi ibridi batteria-supercapacitore agli ioni sodio in grado di operare in presenza di elettroliti acquosi. Un supercapacitore è un particolare sistema di accumulatore elettrochimico caratterizzato da una elevata densità di potenza (W/Kg) e da un elevato numero di cicli di carica e scarica a prestazioni costanti, che i normali sistemi di accumulo elettrochimico a ioni alcalini, come ad esempio le batterie agli ioni litio, non possono garantire. Di contro un supercapacitore presenta densità di energia molto bassa rispetto alle batterie. L’ibridizzazione a supercapacitore di materiali attivi di batterie a ioni alcalini mira a ottimizzare entrambe le tecnologie. Rispetto allo ione litio, l’impiego dello ione sodio nei sistemi di accumulo presenta due principali vantaggi che ne hanno decretato la scelta da parte di RSE nello sviluppo di questa tecnologia: i) i giacimenti del litio sono fortemente localizzati (Cina e Sud America), al contrario il sodio presenta una distribuzione piuttosto uniforme sulla crosta terreste il che riduce possibili criticità geopolitiche che potrebbero determinarsi per l’eventuale sviluppo e richiesta da parte del mercato di accumulatori agli ioni sodio; ii) i costi di estrazione e l’impatto ambientale del sodio sono sicuramente inferiori rispetto al litio.

La sintesi del materiale (NMO) è stata condotta utilizzando due diverse tecniche sperimentali: reazione idrotermale e reazione allo stato solido con Spark Plasma Sintering (SPS). Le due diverse tecniche di sintesi sono alternative alla sintesi sol-gel con acetati dello stesso materiale (tecnica oggetto di altra sperimentazione in RSE), in quanto quest’ultima non è in grado di realizzare un materiale di morfologia adeguata. I test idrotermali sono stati condotti a una temperatura di 205°C e mettendo a contatto, per un tempo compreso tra 1 e 6 giorni, una soluzione acquosa di idrossido di sodio a diversa concentrazione e un reagente solido costituito da ossidi e un sale solubile di manganese. I test SPS sono stati condotti impiegando varie miscele solide costituite da sali e ossidi di manganese e sodio in diverse condizioni sperimentali che differiscono per velocità di riscaldamento, temperatura massima e tempo di mantenimento.

Tutti i materiali realizzati sono stati caratterizzati con l’analisi diffrattometrica dei raggi X; i campioni con un tenore di NMO superiore al 96% sono stati sottoposti a caratterizzazione morfologica ed elettrochimica. Le misure elettrochimiche sono state eseguite con un elettrodo costituito dal materiale attivo supportato con un elettrodo di grafite in presenza di un elettrolita acquoso.

Tutti i materiali sintetizzati con la tecnica idrotermale hanno mostrato una buona riproducibilità cristallografica, strutturale ed elettrochimica. I test svolti con la tecnica SPS hanno evidenziato una elevata dispersione dei dati e un grado di purezza ridotto. La tecnica idrotermale, avvenendo in assenza di ossigeno, è inoltre potenzialmente applicabile al processo di ibridizzazione del materiale con carbone attivo.