Batterie agli ioni di sodio: lunga durata e basso costo
Dopo decenni di batterie al litio, potremmo essere vicini a una svolta epocale in grado di condurre finalmente a un significativo incremento di prestazioni e all’utilizzo di materiali facilmente reperibili. Stanno arrivando le batterie agli ioni di sodio che saranno prodotte industrialmente in grande serie dal 2023 e in seguito utilizzabili per molte applicazioni, dall’automotive ai dispositivi elettronici portatili.
Queste batterie sono strutturalmente uguali a quelle al litio e la diversità deriva principalmente dall’utilizzo di nuovi materiali. Il vantaggio di uno schema costruttivo analogo ad altri tipi di batterie consente inoltre di produrle con gli stessi impianti già predisposti per le batterie al litio.
Annunciate già nell’agosto del 2021 da CATL, le batterie agli ioni di sodio sono state riproposte recentemente anche da un’azienda californiana, Natron Energy Inc. di Santa Clara, che ne ha già avviato la produzione. Queste batterie posseggono caratteristiche uniche.
Vantaggi delle batterie agli ioni di sodio
- Il numero di cicli, che per le batterie al litio standard è in genere di poche migliaia, in questo caso raggiunge e supera i 50.000, valore molto elevato che consentirebbe in teoria alle batterie di durare per decine di anni.
- Il costo delle materie prime è basso per la loro abbondanza, si utilizzano infatti sodio, ferro, carbonio e metalli di uso comune come l’alluminio e il rame
- Il tempo di ricarica è estremamente rapido e consente una carica completa in pochi minuti.
- Non si surriscaldano, le batterie a ioni di sodio lavorano a bassa temperatura.
- Sono già certificate e utilizzabili da subito per ogni utilizzo, autotrazione, apparecchiature elettroniche, fotovoltaico, etc.
- Non sono soggette a incendio nè a surriscaldamento
- E’ possibile produrle in grandi quantità per la facile reperibilità di tutti i materiali.
- La “supply chain” non presenta particolari problemi per la facilità con cui si acquistano i materiali di base.
- Basso impatto ambientale, le batterie al sodio non contengono materiali tossici
- Sicure anche per utilizzo aeronautico per la bassa infiammabilità e il funzionamento a basse temperature
Batterie agli ioni di sodio: come funzionano
Le celle al sodio hanno un funzionamento uguale a quello delle celle al litio, gli ioni di sodio si spostano tra gli elettrodi immagazzinando corrente durante la ricarica ed erogandola durante la scarica. Alcuni problemi derivano dalle maggiori dimensioni degli ioni di sodio, il cui nucleo è costituito da 11 protoni e neutroni contro i 3 del piccolo nucleo dell’atomo di litio. A causa dello spostamento tra anodo e catodo dei grossi ioni di sodio, gli elettrodi tendono a deteriorarsi a causa di crepe e ad essere inquinati da cristalli. Una soluzione adottata da Natron Energy è utilizzare uno speciale materiale per il catodo e l’anodo, il Prussian Blue, con sodio e ferro, mentre CATL ha preferito un catodo in carbonio poroso e un anodo in Prussian White.
La criticità principale delle batterie al sodio è la densità energetica più bassa, attualmente intorno a 160 Wh/Kg. Ma con le nuove tecnologie dovrebbe essere possibile aumentarla fino a 200 Wh/Kg e in futuro fino a valori simili a quelli delle batterie al litio. Il problema della densità energetica è particolarmente importante per le applicazioni su autoveicoli e dispositivi mobili, mentre è di scarsa rilevanza per le batterie stazionarie da accumulo come ad esempio quelle degli impianti fotovoltaici.
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