Sparc Technologies Limited ha fornito un aggiornamento sul suo progetto con la Queensland University of Technology (QUT), finalizzato allo sviluppo di un materiale anodico di carbonio duro di provenienza sostenibile per le batterie agli ioni di sodio (SIB). Un materiale anodico ad alte prestazioni, a basso costo e di origine sostenibile per le SIB risponderà all'esigenza di una tecnologia di batteria alternativa in crescita. Gli attuali materiali di carbonio duro provengono in genere da precursori carboniosi, come la pece (un sottoprodotto dell'industria petrolifera e del gas), che vengono sottoposti a un lungo riscaldamento ad alte temperature.

Si tratta di un processo molto dispendioso dal punto di vista energetico, che combinato con l'utilizzo di una materia prima derivata da combustibili fossili, ha un'impronta ambientale significativa. Inoltre, essendo la Cina il fornitore dominante al mondo di materiali di carbonio duro, il processo in fase di sviluppo con QUT mira a fornire un'alternativa occidentale di materiali anodici, riducendo così il rischio sovrano per i produttori di celle SIB. In linea con il calendario del progetto, il QUT ha consegnato la prima relazione di tappa del progetto, che descrive i risultati dei test sulle batterie SIB a mezza cella e la caratterizzazione del materiale per un materiale anodico di provenienza sostenibile, in una serie di condizioni di processo.

Sebbene siano necessari ulteriori lavori di ottimizzazione, test e sviluppo del processo, le capacità reversibili di un lotto di materiali nelle stesse condizioni di test hanno superato i 535mAh/g e la media di 477mAh/g in cinque prove separate. Questo risultato è ben superiore (~45% in più) al benchmark di 330mAh/g stabilito all'inizio del programma di ricerca, basato su quelli che si ritiene siano i materiali anodici di carbonio duro commerciali. Sono stati compiuti progressi significativi dall'inizio del progetto di ricerca con QUT nel settembre 2022.

È stata eseguita un'ottimizzazione preliminare delle condizioni di processo in cui viene prodotto il carbonio duro e i risultati iniziali dimostrano un miglioramento sostanziale delle capacità reversibili dei materiali anodici in un SIB rispetto ai metodi tradizionali di pirolisi. La caratterizzazione dei materiali dei campioni di carbonio duro con varie tecniche di caratterizzazione (XRD, XPS, Raman, TEM, SEM e BET) è stata eseguita e fornirà una base di confronto per i test futuri, come la sperimentazione di fonti di alimentazione e parametri di processo alternativi. Le prestazioni delle batterie agli ioni di sodio dei campioni (in configurazione a mezza cella) sono state testate utilizzando metodi elettrochimici come la capacità di carica/scarica galvanostatica e la stabilità dei cicli.

Per ogni elettrodo sono state realizzate diverse celle a moneta (5 celle per ogni campione di carbonio duro) per garantire la riproducibilità delle misurazioni e sono stati utilizzati carichi di massa commerciali e bassi tassi di C (0,05). Il lavoro futuro si concentrerà sulla verifica della stabilità dei cicli fino a 500 cicli, sulla sperimentazione di metodi per migliorare le efficienze coulombiane iniziali e sulla fabbricazione e il collaudo di celle complete. Sparc ha circa 6 mesi di tempo per portare avanti il programma di ricerca con QUT e continua a collaborare con un consulente esperto in batterie per il progetto.

Nei prossimi mesi, Sparc intende esplorare ulteriormente l'entità dei risparmi energetici e di costo ottenibili utilizzando il percorso di lavorazione proposto rispetto ai materiali di carbonio duro esistenti, attraverso l'analisi del ciclo di vita e la modellazione economica. Le SIB sono una chimica di batteria alternativa agli ioni di litio molto promettente, particolarmente adatta ai mercati dell'accumulo di energia. I vantaggi ben noti e documentati delle SIB rispetto alle batterie agli ioni di litio includono: Costo inferiore e maggiore disponibilità di materie prime; Sicurezza e facilità di trasporto; Maggiore intervallo di temperatura operativa; Tecniche di produzione simili a quelle delle batterie agli ioni di litio.

Questi vantaggi, in particolare per quanto riguarda la fornitura e il costo delle materie prime, hanno visto una crescente attività da parte degli sviluppatori di energia, dei produttori di apparecchiature originali (OEM) e degli investitori di capitale di rischio nelle SIB. La commercializzazione delle SIB per l'accumulo di energia e le applicazioni di mobilità è prevista per il 2023 da CATL, BYD, Reliance /Faradion e HiNa Battery. CATL ha rilevato la necessità di continuare a promuovere e sviluppare la tecnologia SIB.