In questo lavoro sono state investigate differenti tipologie di materiali catodici per batterie ioni sodio al fine di individuare il materiale idoneo alla chiusura di una cella completa con anodi di MXene tipo 312. La ricerca si è basata sia su analisi computazionali per lo studio delle proprietà strutturali e di trasporto ionico del materiale Na_0.44MnO₂ (NMO) puro e drogato rame, sia su dati sperimentali. Il fine della parte sperimentale era di migliorare le prestazioni elettrochimiche del NMO, evitando la migrazione del manganese nell’elettrolita; per questo motivo parte del manganese è stato sostituito con Fe, in quantità pari al 45-50%, o con altri elementi come: Al, Cu e Si. In questi ultimi casi la quantità del drogante non era superiore al 10%.

Sono state individuate differenti modalità di sintesi per ottenere materiali puri in base all’elemento sostituente o drogante. I catodi ottenuti sono stati analizzati tramite analisi potenziodinamiche (CV) e galvanostatiche (GCPL). Il miglioramento delle prestazioni elettrochimiche del NMO si può dire raggiunto poiché il materiale drogato rame Na_0.44Mn_0.9Cu_0.1O₂ riesce a lavorare per più di 200 cicli GCPL a C/2 senza degradarsi e mantenendo una capacità specifica superiore a 80 mAh/g. Ottenuta la stabilizzazione del NMO drogato, ci si è dedicati all’individuazione di materiali catodici ad alto potenziale per ottenere celle complete con potenziale maggiore rispetto alla coppia NMO-drogato/MXene.

L’attenzione si è focalizzata su tre macro famiglie di catodi: polianionici, ossidi tipo layered e con struttura NASICON.

Dalle tre famiglie sono stati scelti cinque materiali. Per tutti i materiali scelti si è iniziato con l’individuare ed ottimizzare la tecnica di sintesi così da ottenere campioni puri e cristallini.

L’indagine sui catodi ad alto potenziale, che continuerà nel prossimo anno, ha portato alla sintesi e caratterizzazione strutturale di cinque differenti materiali catodici, tutti ottenuti con elevate purezze. La sperimentazione con tecniche elettrochimiche sul fluoro fosfato ha fornito risultati più che soddisfacenti, con capacità specifiche che arrivano anche a 110mAh/g a C/10 e 80mAh/g a 1C, per un numero di cicli di carica e scarica superiore a 400.