Questo rapporto descrive le attività svolte presso RSE circa lo sviluppo di materiali elettrodici per batterie a ioni Sodio (NIB). La produzione economica e sostenibile di dispositivi di accumulo elettrochimico è indispensabile per gestire e sfruttare al meglio l’energia prodotta dalle fonti rinnovabili. L’accumulo elettrico infatti permette di migliorare controllo e prestazioni della rete elettrica ed è indispensabile per la diffusione dei veicoli per la mobilità elettrica. Per raggiungere questo obiettivo, la tecnologia delle NIB permette di conciliare le buone prestazioni dei dispositivi a ioni litio (LIB), con una produzione sostenibile non legata ad elementi rari in natura (es: Li e Co). Uno sviluppo industriale delle NIB potrà però avvenire solo con un ulteriore sviluppo dei materiali elettrodici, tale da garantire la stessa maturità tecnologica già raggiunta dalle LIB. Muovendosi in questa direzione, RSE ha avviato attività di ricerca atte allo sviluppo di materiali anodici e catodici per batterie NIB.

In particolare, si è focalizzata l’attenzione sullo studio dei composti 2D noti come MXeni, quali materiali anodici, e ossidi di manganese come catodi. Presso RSE è stata quindi ottimizzata una filiera sperimentale, che a partire dalla produzione delle MAX phases (es: Ti₂AlC e Ti₃AlC₂), via Spark Plasma Sintering (SPS), ed attraverso processi di macinazione/vagliatura ed esfoliazione chimica permette di ottenere polveri di MXeni (es: Ti₂C e Ti₃C₂). Sulle medesime polveri sono stati condotti studi elettrochimici (es: CV, GCPL) realizzando semi-celle (controelettrodo Na/Na⁺) con geometria a bottone. In questo modo, è stato possibile valutare l’effetto sulle proprietà elettrochimiche di alcuni parametri di processo usati nella preparativa dei MXeni e delle stesse batterie (es: elettrolita), al fine di ottimizzare la filiera produttiva del dispositivo di accumulo complessivo. I MXeni prodotti hanno evidenziato interessanti proprietà a livello di capacità specifica e stabilità nel tempo al variare della velocità di carica e scarica (da C/10 a 10C).

È stata avviata anche un’attività di produzione di composti catodici al fine di poter sviluppare all’interno di RSE le competenze necessarie a realizzare una mono-cella NIB. In questo ambito è stata avviata un’attività sperimentale finalizzata a produrre Na_0.44MnO₂ confrontando due processi di sintesi (gel vs. stato solido). Le polveri sono state caratterizzate a livello morfologico (SEM) e composizionale (EDX, XRD).