Elementi Critici per la transizione energetica: sviluppo di materiali innovativi per Batterie agli Ioni di Sodio di nuova generazione

During my PhD, I focused on the synthesis and characterization of cathode materials for sodium-ion batteries. I investigated a series of P2-layered oxides with composition Na0.67Mn0.5Fe0.5–xMgxO2, evaluating the stabilizing effect of Mg2+ during cycling and establishing correlations between the structural and electrochemical properties. I also studied the influence of synthesis conditions (solid- state and spray-drying) on the materials’ properties. Among them, Na0.67Mn0.5Fe0.3Mg0.2O2 showed the best performance and was further tested in full-cell configuration. Moreover, through a combined experimental and computational approach, I explored the working mechanism and diffusion properties of the polyanionic cathode Na2MnPO4F. Finally, I developed a sustainable approach to recover precursors from industrial wastewater, successfully precipitating Ca2+ and Mg2+ and starting feasibility studies on Na+ extraction with 15-crown-5.

Durante il mio PhD mi sono occupato della sintesi e caratterizzazione di materiali catodici per batterie agli ioni di sodio. In particolare, ho investigato una serie di ossidi P2-layered con composizione Na0.67Mn0.5Fe0.5–xMgxO2, valutando l’effetto stabilizzante del Mg2+ durante il ciclaggio e stabilendo correlazioni tra le proprietà strutturali ed elettrochimiche. Ho inoltre analizzato l’impatto delle condizioni di sintesi (stato solido e spray-drying) sulle proprietà dei materiali. Na0.67Mn0.5Fe0.3Mg0.2O2 si è rivelato essere il catodo più performante, ed è per questo stato testato anche in configurazione full-cell. Parallelamente, tramite un doppio approccio sperimentale e computazionale, ho approfondito il meccanismo di lavoro e le proprietà diffusive del catodo polianionico Na2MnPO4F. Infine, ho anche esplorato il recupero sostenibile di precursori da acque reflue industriali, isolando Ca2+ e Mg2+ per precipitazione selettiva e avviando studi sull’estrazione di Na+ con 15-crown-5.