Le batterie con ioni a litio negli ultimi anni sono diventate la scelta preferita in un vasto campo di applicazioni, ed è facile comprenderne il perché: sono versatili, apportano un’alta densità di energia e una bassa auto-scarica, inferiore alla metà di quella delle batterie al nichel, e richiedono una manutenzione minima.
Hanno tuttavia i loro limiti: sono notoriamente documentate problematiche durante il trasporto, sono inoltre soggette ad invecchiamento, anche se non utilizzate, oltre al fatto che è necessario un circuito di protezione per mantenere il voltaggio e la corrente all’interno di limiti di sicurezza.
La ricerca della soluzione per batterie “perfetta” continua comunque ad essere dibattuta, con un focus che si è alimentato nell’ambito dei prodotti a base di ioni sodio.
A pieno ritmo sono continuate le sperimentazioni con le batterie a base di ioni sodio e a base di ioni litio tra il 1970 e 1980, ma l’attenzione è ritornata al litio, da quel punto di vista. Tuttavia, l’ultima decade ha visto un rinnovato interesse verso le batterie a base di ioni sodio. Se da un lato non apportano la stessa densità di energia rispetto alle batterie agli ioni litio, ci sono vantaggi sostanziali nell’ambito della sicurezza e dei costi, essendo decisamente maggiori quelli delle batterie a ioni sodio, e in grado di operare ad un range più ampio di temperature.
Gli ioni sodio sono più grandi degli ioni litio, ciò significa che la densità di energia delle batterie che li contengono è naturalmente inferiore, cosa che rende gli ioni sodio più adatti ad applicazioni più statiche e dove la dimensione della batteria è meno importante. Le applicazioni per batterie a ioni sodio sono molto varie e includono stoccaggio residenziale e industriale, telecomunicazioni, supporto d’emergenza per fornitura e stoccaggio in applicazioni e localizzazioni da remoto, incluse offshore. Un’altra possibile applicazione è quella legata alla mobilità.
Gli ioni sodio hanno una chimica con intercalare simile (carica) a quella degli ioni litio, ciò significa che molti dei materiali testati per le batterie al sodio sono simili a quelli utilizzati per il litio. Tuttavia la grafite non può essere impiegata come l’anodo nelle batterie a ioni sodio, dato che non è energeticamente conveniente immettere il sodio tra i singoli strati. Alcune aziende utilizzano gli anodi a carbonio rigido, con un elettrolita NaPF6.
Il progetto più spesso visto per le batterie a ioni sodio è simile alla più comune controparte al litio: un catodo a ossido di sodio, un anodo a base di carbonio e un elettrolita solvente non acquoso. I processi di produzione sono inoltre simili, per cui ogni azienda che produce batterie a ioni litio si potrà convertire facilmente alla tecnologia a ioni sodio.
Neppure la prestazione è un problema. A giugno di quest’anno infatti è stato annunciato che una particolare soluzione è stata sviluppata da una squadra della Washington State University (WSU) e dalla Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) essendo state in grado di trasportare una capacità simile a quella di alcune batterie a ioni litio e di ricaricarle con successo, mantenendo più dell’80% della propria carica dopo 1.000 cicli.
Uno svariato numero di aziende ha identificato il potenziale delle batterie a ioni sodio e si sta impegnando a sviluppare quest’area, tra queste Faradion, Tiamat, Aquion Energy, Novasis, Nitron and Altris.
Ogni batteria, ovviamente, è tanto efficace quanto può essere ricaricata in rapidità e sicurezza. Durante la carica delle batterie a ioni sodio, gli ioni sodio positivi vengono estratti dal catodo e trasferiti all’anodo, mentre gli elettroni attraversano il circuito esterno. Per la scarica, il processo è inverso.
Gli aspetti positivi sembrano essere il tempo di carica, paragonabile a quello delle batterie alternative, e il fatto di non aver necessità di un’attrezzatura di carica speciale, il che significa che, a seconda dell’applicazione, può essere fatto un passaggio a prodotti a ioni sodio senza costi significativi o altre problematiche in questo ambito.