Questo rapporto riassume i risultati ottenuti in merito allo sviluppo di materiali nano-compositi a base di MAX phase Ti₃Al_1-xSn_xC₂ ossidate per l’impiego come anodi in batterie a ioni litio (LIB) e sodio (NIB). Per concludere quanto avviato nel precedente triennio RdS, come anodi per LIB sono anche state testate le proprietà di accumulo di nano-compositi a base di SnO2 e MXeni (SnO₂@MX) che avevano mostrato scarsa stabilità in sistemi NIB.

Per la prima classe di composti, l’attività sperimentale è stata orientata a: i) approfondire la caratterizzazione delle formulazioni con Sn=0.4 e 0.7 per comprendere i meccanismi di formazione degli ossidi di Ti e Sn sulla superficie dei grani e identificarne le proprietà chimico-fisiche da correlare con le prestazioni di accumulo elettrochimico; ii) verificare la riproducibilità del processo di sintesi via spark plasma sintering (SPS) delle MAX phases Ti₃Al_1-xSn_xC₂ con x ≤0.7 e verificarne le prestazioni di accumulo come anodi vs Li e Na; iii) estendere la matrice sperimentale delle formulazioni di MAX phase verificando la possibilità di sintesi via SPS della fase Ti₃SnC₂; iv) estendere la matrice sperimentale dei processi di ossidazione a cui esporre la MAX phase Ti₃Al_1-xSn_xC₂ con x ≤1 per studiare la correlazione tra la morfologia/nano-strutturazione degli ossidi indotta dai trattamenti termici in aria e le prestazioni di accumulo come anodi LIB e NIB.

I risultati conseguiti dalle attività circa i materiali compositi derivati dall’ossidazione di Ti₃Al_1-xSn_xC₂ con x ≤1 hanno consolidato quanto in via preliminare verificato nelle precedenti attività RdS: test in semi-celle hanno restituito valori massimi di capacità specifica di circa 120-130 mAh/g vs Na e 350 mAh/g vs Li. Nel caso del sodio, test preliminari di miglioramento della conducibilità elettrica delle polveri di MAX phase con rivestimenti carboniosi hanno permesso di spingere la capacità massima a circa 170 mAh/g.

Riguardo all’impiego in LIB, i materiali sviluppati possiedono prestazioni simili alla grafite per basse velocità di carica, mentre presentano valori di capacità migliori per cariche veloci. Ai risultati elettrochimici vanno aggiunti i risultati conseguiti rispetto alla sintesi di Ti₃SnC₂ via SPS, di purezza paragonabile ai migliori campioni descritti in letteratura (≈70-75%). Per la prima volta, l’attività RSE ha verificato la fattibilità tecnica della sintesi mediante SPS di questa MAX phase.

In merito al nano-composito SnO₂@MX, a conclusione dell’attività intrapresa nello scorso triennio RdS, sono stati condotti studi sulle prestazioni di accumulo vs litio, investigando i contributi dei diversi meccanismi coinvolti per raggiungere i notevoli valori di capacità specifica raggiunti, 450 mAh/g per correnti di 2 A/g