Nel periodo di riferimento si sono sviluppati differenti materiali catodici da impiegare in batterie ioni sodio ad alte prestazioni, investigando le relative tecniche di sintesi ed eseguendo la loro caratterizzazione chimico-fisica e funzionale.
Nello svolgimento dell’attività si sono preparati materiali catodici caratterizzati da vari livelli di difficoltà di sintesi e da differenti modalità di conservazione, stabilità e relative prestazioni elettrochimiche. Si sono indagati materiali polianionici, ossidi e strutture nasicon che rappresentano quindi quasi tutte le categorie dei catodi inorganici. Per tutti i materiali preparati sono state studiate differenti miscele di inchiostri per la formazione dell’elettrodo, analizzando in particolare l’effetto sui catodi dei carboni conduttivi, dei binder e delle differenti percentuali dei componenti dell’inchiostro.
Durante le caratterizzazioni elettrochimiche si è riscontrato come sia di fondamentale importanza la scelta dell’elettrolita in base al materiale ed al range di potenziale oggetto di indagine. Si è, quindi avviata una ricerca delle migliori miscele di elettroliti standard, come ad esempio EC:DEC-NaPF6, PC-NaClO4, PC:FEC-NaClO4, e successivamente si sono valutate soluzioni più complesse. Lo studio è stato indirizzato in particolare verso degli elettroliti che avessero anche dei requisiti aggiuntivi quali la non infiammabilità, l’idrofobicità e la sintesi attraverso procedure ecocompatibili. La scelta è ricaduta sui liquidi ionici di cui si sono studiate quattro differenti composizioni e le rispettive miscele con due differenti sali. Dopo le misure elettrochimiche di stabilità di tutte e otto le miscele si è individuato il Pyr14FSI-NaFSI come l’elettrolita più promettente poiché stabile sia agli alti che ai bassi potenziali tipici del limite inferiore di ciclazione del MXene.

Tra i diversi materiali studiati, l’approfondito lavoro sperimentale svolto ha consentito di individuare due materiali catodici di particolare rilievo, anche se non completamente ottimizzati, ed uno che può considerarsi già idoneo per l’uso in batterie a ioni sodio ad alto potenziale con anodi di MXene.
Ciascuno dei materiali individuati appartiene a una delle tre categorie di catodi inorganici: Na3MnTi(PO4)3 (NASICON), Na0.67MnO2 (ossido) ed Na3V2(PO4)2F3 (polianione).
In particolare, il materiale polianionico il cui studio era già stato avviato nello scorso anno, si è dimostrato adatto all’accoppiamento con l’elettrolita a base di liquido ionico e quindi potenzialmente già utilizzabile in una batteria completa.