Tra le alternative più promettenti al litio ci sono le batterie agli ioni di sodio (Na-ion), sicure, sostenibili ed efficienti.
Le Li-ion, o batterie agli ioni di litio, oggi alimentano la maggior parte dei nostri apparecchi elettrici ricaricabili. Ma non sono l’unica opzione in circolazione né di certo la più sostenibile. Tra le alternative più promettenti ci sono le batterie agli ioni di sodio (Na-ion), sicure, sostenibili ed efficienti. A causa dei molteplici vantaggi che queste ultime garantiscono, i grandi attori del settore energetico stanno investendo nel loro sviluppo e della loro acquisizione, per accelerare la transizione energetica ed ecologica.
Dal litio al sodio
Il litio è l’elemento più comune nella produzione di batterie ricaricabili, con la Cina che controlla la catena di fornitura globale: fornisce il 79% di tutte le batterie agli ioni di litio e il 61% della capacità globale di raffinazione del litio utilizzata per lo stoccaggio e le auto elettriche. Il secondo paese fornitore è l’Argentina, che rappresenta il 21% dei depositi globali. L’aumento della domanda e la sua scarsità hanno però fatto lievitare il suo prezzo, senza contare il fatto che i quantitativi richiesti nell’ambito dell’elettrificazione dei consumi sono di molto superiori all’effettiva disponibilità del materiale.
Le batterie a base di litio avrebbero perciò difficoltà a soddisfare la crescente richiesta, soprattutto legata all’accumulo energetico e all’e-mobility e le aziende sono alla ricerca di alternative più sostenibili. Tra queste, ci sono le batterie agli ioni di sodio. Entrambi i tipi di batterie utilizzano un elettrolita liquido per immagazzinare e trasferire energia elettrica, ma differiscono ovviamente per il tipo di ioni che utilizzano.
Cos’è una batteria agli ioni di sodio?
I principi di funzionamento alla base e la costruzione delle celle di una batteria agli ioni di sodio sono praticamente identici a quelli delle batterie agli ioni di litio, ma vengono utilizzati composti di sodio al posto dei composti di litio. In poche parole, utilizza gli ioni di sodio (Na+) come portatori di carica anziché gli ioni di litio (Li+).
Una batteria agli ioni di sodio è costituita da un anodo, un catodo, un separatore, un elettrolita e due collettori di corrente, uno positivo e uno negativo. L’anodo e il catodo immagazzinano il sodio mentre l’elettrolita circola mantenendo il flusso di energia e trasportando gli ioni carichi dall’uno all’altro capo attraverso il separatore. Il movimento degli ioni di sodio crea elettroni liberi nell’anodo e di conseguenza una carica al collettore di corrente positiva. La corrente scorre quindi dal collettore di corrente attraverso il dispositivo alimentato dalla batteria, come uno smartphone, al collettore di corrente negativa.
Mentre una batteria agli ioni di sodio si scarica e fornisce corrente, l’anodo rilascia ioni di sodio al catodo, generando un flusso di elettroni da un lato all’altro. Quando si collega alla corrente il dispositivo, invece, accade il contrario: gli ioni di sodio vengono rilasciati dal catodo e ricevuti dall’anodo.
Perché il sodio è una scelta migliore?
Le batterie agli ioni di sodio hanno un costo inferiore, garantiscono maggiore disponibilità del materiale e ridotto impatto sull’ambiente. Il metodo e il costo di costituzione del catodo a partire dalle materie prime sono gli stessi per entrambi i tipi di batteria, perciò la principale differenza risiede proprio nella natura della materia prima stessa. Il sodio è molto più abbondante del litio in natura e può essere estratto a basso costo anche dall’acqua del mare. Il litio invece arriva soltanto da pochi paesi e anche per questo motivo il suo prezzo negli ultimi due anni è cresciuto a dismisura.
Il sodio è meno impattante del litio dal punto di vista ambientale. Il primo può essere trasportato in modo più sicuro a zero volt, il secondo deve sempre essere stoccato con una carica minima, il che aumenta i rischi di incendio. Le batterie agli ioni di sodio impiegano inoltre l’alluminio, meno costoso del rame impiegato dalle batterie agli ioni di litio. Le prime hanno poi elevate temperature di esercizio, il che significa che possono essere usate a temperature più alte senza il rischio di thermal runaway, più frequente con il litio. Come se non bastasse, le batterie agli ioni di sodio si caricano più velocemente.
L’alto interesse per le batterie agli ioni di sodio è motivato dal fatto che sono particolarmente adatte ad applicazioni nell’ambito della transizione ecologica: e-mobility, smart grid e macchinari industriali.
Le batterie agli ioni di sodio possono sostituire quelle al litio?
I vantaggi nell’utilizzo di batterie agli ioni di sodio rispetto alle batterie agli ioni di litio sono evidenti, ma esistono anche diverse sfide che le prime devono superare prima di poter essere ampiamente adottate come sostitute. Se le batterie agli ioni di sodio vogliono diventare la spina dorsale del settore dell’accumulo di energia, devono infatti continuare a migliorare le loro prestazioni tecniche e la loro stabilità, nonché ridurre i costi.
Ecco quali sono attualmente le principali difficoltà del settore:
- mancanza di una filiera consolidata per i materiali utilizzati
- poiché la tecnologia è ancora agli inizi, pochissime aziende operano in questo segmento, il che comporta un aumento del costo delle batterie
- la tecnologia per produrre batterie agli ioni di sodio è ancora alle prime fasi di sviluppo
- le batterie a base di ioni di sodio sono meno versatili per quanto riguarda la forma che possono assumere
- hanno una capacità di accumulo inferiore rispetto alle batterie a base di litio
- hanno un ciclo di vita significativamente inferiore al ciclo di vita delle batterie commerciali al litio
