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La ricerca sulle batterie: le celle agli ioni di sodio

Le batterie al litio continuano a essere il riferimento per capacità e leggerezza, ma la sicurezza e i bassi costi delle celle agli ioni di sodio le rendono promettenti soprattutto per i veicoli leggeri – di CARLO PLATELLA

Il peso del sodio
Prezzo e sicurezza i grandi vantaggi
Gli sbocchi sul mercato

In un momento di continuo rinnovamento per la mobilità, una delle poche certezze per il futuro è che una sola tecnologia non basterà per ogni settore. Mezzi pesanti, aviazione e trasporto privato si affideranno ciascuno a biocarburanti, benzine sintetiche, propulsione elettrica a batteria o idrogeno, in base alle singole esigenze. Lo stesso principio potrebbe valere anche nella branca delle batterie. La ricerca sta mettendo a punto celle dalle varie caratteristiche, rendendole più indicate per alcune applicazioni rispetto che per altre. Le batterie agli ioni di sodio rientrano tra queste tecnologie.

Il peso del sodio

Le celle agli ioni di sodio, in acronimo SIB, non sono diverse dalle altre batterie in quanto a principio di funzionamento. Dei cationi, ossia degli ioni positivi, assorbono elettroni al catodo della cella e viaggiano attraverso l’elettrolita fino a raggiungere l’anodo, dove rilasciano elettroni per generare corrente ed energia elettrica. Se nelle batterie più comuni è il litio a ricoprire questo ruolo, la tecnologia in analisi si basa invece sugli ioni di sodio per il trasporto degli elettroni.

Tali celle impiegano elettroliti e separatori simili a quelli delle unità degli ioni di litio, con l’aggiunta però di sali di sodio all’elettrolita. L’hard carbon sostituisce invece la grafite nell’anodo, mentre il catodo si costituisce di ossidi metallici. Sfortunatamente, il sodio risulta tre volte più denso – e quindi pesante – rispetto al litio, con un potenziale di ossidoriduzione di 300 mV più basso. Il tutto si traduce in un’unica conseguenza: una scarsa densità energetica e di potenza, che rendono le celle agli ioni di sodio poco appetibili per le automobili comuni.

la ricerca sulle batterie: le celle agli ioni di sodio

Prezzo e sicurezza i grandi vantaggi

Le batterie agli ioni di sodio potrebbero comunque trovare posto in quelle applicazioni in cui i parametri chiave sono i costi di produzione ancor più che le prestazioni. Micro-automobili urbane, motocicli, tricicli e accumulatori statici in campo casalingo, industriale e di accumulo delle rinnovabili trarrebbero giovamento dai costi inferiori delle unità agli ioni di sodio. L’origine di questa qualità è da ricercarsi ancora una volta nella chimica dei materiali.

Contrariamente al litio, il sodio non tende a legarsi all’alluminio, materiale che può quindi essere utilizzato come collettore all’anodo al posto del più costoso rame, risparmiando nei costi. I vantaggi però riguardano anche la sicurezza. Le batterie agli ioni di sodio infatti possono essere scaricate completamente fino a 0 V. Questo fa sì che il trasporto degli accumulatori e le operazioni di manutenzione presentino meno rischi per gli operatori.

La ricerca sulle batterie: le celle litio-aria

Gli sbocchi sul mercato

Secondo uno studio effettuato da IDTechEX, attualmente sono 15 le compagnie sparse per il globo intente a sviluppare una propria tecnologia di celle agli ioni di sodio. Nel maggio del 2022, Natron Energy e Clarios, azienda statunitense produttrice di unità al piombo, hanno annunciato la produzione su larga scala di batterie al sodio a partire dal 2023. Persino il colosso CATL ha anticipato il lancio del marketing commerciale del suo primo prodotto nel 2023. Le batterie agli ioni di sodio difficilmente surclasseranno le unità al litio per prestazioni e diffusione, ma nel prossimo futuro potrebbero comunque ritagliarsi una nicchia personale sul mercato.