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Le batterie (circolari) agli ioni di sodio

di Circularity

Data 05/03/2024
Tipo News

Litio cobalto, grafite e nichel sono minerali critici essenziali per realizzare le batterie agli ioni di litio, le più comuni tecnologie di accumulo energetico presenti oggi sul mercato. Sono così critici che diversi centri di ricerca italiani da tempo stanno sondando e testando delle possibilità alternative. La formula elettrochimica che al momento sembra essere la più promettente è basata sugli ioni di sodio. Nonostante non sia ancora stata sperimentata su scala industriale, si tratta di una tecnologia che offre prestazioni di accumulo energetico simili a quelle delle batterie al litio e non deve contare su un complicato approvvigionamento delle materie prime critiche. 

Il sodio come materia prima non critica

Le batterie agli ioni di sodio funzionano sostanzialmente come quelle agli ioni di litio, ma con il vantaggio di impiegare materiali non critici. A partire dal sodio, che a differenza del litio, è un elemento abbondante in natura, soprattutto sotto forma di sale (cloruro di sodio).

Costituendo il 2,8% della crosta terrestre, il sodio è il sesto elemento più presente sul nostro Pianeta e si potrebbe teoricamente estrarre dal sale dell’acqua di mare. Tuttavia secondo gli esperti deve raggiungere una certa purezza (battery grade) per far sì che la batteria sia performante.

Secondo uno studio dell’università svedese della Chalmers University of Technology, le batterie al sodio per ora non porteranno grandi benefici ambientali, ma, oltre ai vantaggi nell’approvvigionamento di materie prime abbondanti, presenta nella componentistica soluzioni più circolari. Per esempio sostituendo la grafite con l’hard carbon. 

Cos’è l’hard carbon circolare

L’impatto ambientale delle batterie agli ioni di sodio si potrebbe ridurre con l’utilizzo dell’hard carbon, elemento carbonioso che sostituirebbe come anodo la grafite, una materia prima critica. L’hard carbon si può ottenere da biomassa e scarti di lavorazione tramite pirolisi, che però è un processo termochimico lungo ed energivoro. 

Toccherà quindi alle aziende scegliere l’anodo meno impattante. Estrarre la grafite dalle miniere o puntare sull’hard carbon da materiale organico facendo attenzione ai consumi energetici della pirolisi? I costi giocheranno un ruolo rilevante.

Le applicazioni delle batterie al sodio

Attualmente è la Cina il primo produttore di batterie agli ioni di sodio, all’interno delle quali viene spesso utilizzato l’hard carbon come anodo. Destinate prevalentemente alle case automobilistiche, le batterie cinesi sembrano già più economiche (30%-40%) rispetto a quelle al litio. Alcuni analisti valutano le batterie agli ioni di sodio una tecnologia già pronta per competere con le formule elettrochimiche dominanti che ruotano attorno al litio (litio ferro fosfato, litio nichel manganese cobalto). Ad oggi lo stoccaggio di energia stazionario per eolico e solare è considerato l’ambito d’utilizzo più adatto, ma, come sta accadendo in Cina, le batterie al sodio mostrano grandi potenzialità anche nella mobilità.   

Gli elettroliti solidi non infiammabili

Un altro tema centrale che riguarda la sostenibilità degli accumulatori di energia è la sicurezza. Nelle batterie, gli elettroliti hanno il ruolo di consentire il passaggio degli ioni tra l’anodo e il catodo durante i cicli di carica e scarica. In forma liquida sono composti da solventi che presentano un elevato rischio di infiammabilità. Per azzerare questo rischio gli elettroliti a base solida rappresentano una soluzione efficienti e sicura. 

Le prime ricerche sugli elettroliti in forma solida risalgono addirittura agli anni Sessanta. Oggi possono essere polimerici, a base ceramica o compositi. Insomma tutti materiali più resistenti alle alte temperature. Inoltre, dalle ricerche emerge che l’elettrolita solido sembra poter offrire una maggiore durata riducendo il volume della batteria.

Oggi le batterie agli ioni di sodio rappresentano una soluzione alternativa a tutti gli accumulatori elettrochimici che dipendono da materie prime critiche. Con l’utilizzo dell’hard carbon come anodo possono anche diventare circolari. Attenzione però ai consumi energetici: sarà compito delle aziende testarli su scala industriale.

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