Una nuova batteria agli ioni di sodio offre un’alternativa più economica e sicura ai sistemi convenzionali agli ioni di litio, affermano gli scienziati, spianando la strada a veicoli elettrici più sostenibili.
(Credito immagine: Andriy Onufriyenko/Getty Images)Iscriviti alla nostra newsletter
Una tecnologia rivoluzionaria per le batterie potrebbe migliorare notevolmente la sicurezza delle batterie utilizzate per i veicoli elettrici (EV) e migliorare la stabilità delle reti energetiche, affermano gli scienziati.
I ricercatori hanno compiuto la svolta mentre sviluppavano batterie agli ioni di sodio (Na-ion) allo stato solido, che un giorno potrebbero integrare e sostituire le batterie agli ioni di litio (Li-ion) utilizzate oggi in molti dispositivi di uso quotidiano.
Le batterie al sodio allo stato solido potrebbero essere un’opzione più sicura, economica e potente – YouTube
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Le batterie Li-ion, la tecnologia dominante presente in prodotti che vanno dai telefoni che avete in mano alle auto elettriche, possono soffrire di un processo noto come “thermal runaway” (fuga termica). Ciò si verifica quando una batteria subisce un cortocircuito o danni fisici, che innescano una reazione a catena autosufficiente che aumenta notevolmente il calore all’interno delle celle.
Le batterie Li-ion commerciali contengono tipicamente anche elettroliti liquidi organici, che sono una componente essenziale per la densità energetica, nonché per la carica e la scarica efficienti. Questi elettroliti liquidi sono altamente infiammabili e possono causare l’incendio o addirittura l’esplosione delle batterie se danneggiate.
Le batterie Na-ion potrebbero essere un’alternativa più sicura perché contengono materiali catodici più stabili e gli ioni di sodio hanno un potenziale elettrochimico inferiore rispetto agli ioni di litio, rendendoli meno inclini alla fuga termica.
Lo svantaggio è che le batterie Na-ion hanno una densità energetica relativamente bassa rispetto alle batterie Li-ion, il che significa che durano meno tempo tra una carica e l’altra. Inoltre, le batterie Na-ion potrebbero attualmente degradarsi più velocemente, con una durata complessiva inferiore. Entrambi questi fattori hanno storicamente ostacolato l’adozione di massa delle batterie Na-ion.
Ma, come delineato nella nuova ricerca, gli scienziati hanno prodotto un materiale solido contenente zolfo e cloro che facilita la conduttività in modo simile agli elettroliti liquidi, pur fornendo una stabilità molto superiore. La nuova batteria ha mostrato un’efficienza Coulombica del 99,26% dopo 600 cicli di carica a 0,1C (scarica di 10 ore), avvicinandosi al 99% o più raggiunto dalle batterie al litio.
Sfida al dominio del litio
“Abbiamo sostituito l’elettrolita liquido della batteria con un elettrolita allo stato solido: è non infiammabile”, ha affermato Yang Zhao, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e dei Materiali della Western University, in un video caricato su YouTube.
Il team ha anche utilizzato la Canadian Light Source, l’impianto sincrotrone nazionale del Canada, per esaminare il movimento degli ioni all’interno del loro elettrolita solido, confermando i loro risultati.
“Questi strumenti a raggi X ci permettono di vedere l’ambiente chimico locale, i percorsi ionici e le strutture di legame in modi che gli strumenti di laboratorio normali non possono fare”, ha affermato Zhao in un’ulteriore dichiarazione. “Sono assolutamente essenziali per lo sviluppo di materiali per batterie allo stato solido.”
La nuova tecnologia delle batterie potrebbe contribuire a un uso diffuso delle batterie Na-ion, in particolare per carichi critici attualmente svolti dalle più volatili batterie Li-ion, hanno affermato i ricercatori. Successivamente, dovranno dimostrare che il loro approccio fornisce il giusto equilibrio tra sicurezza e densità energetica, oltre a un metodo di produzione che possa essere scalato per soddisfare l’immensa domanda di batterie a livello mondiale.
Nonostante rappresentino circa il 70% delle batterie ricaricabili mondiali, le batterie Li-ion sono utilizzate principalmente in una manciata di applicazioni critiche.
Ad esempio, i dati recenti dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) hanno rilevato che il settore energetico rappresenta oltre il 90% della domanda di Li-ion.
Attualmente, i sistemi di accumulo di energia tramite batterie (BESS) a livello nazionale sono sotto crescente esame, in particolare dopo i ripetuti incendi nei siti BESS della California, e richiedono la costruzione di sistemi antincendio. Le Na-ion potrebbero contribuire ad alleviare queste preoccupazioni e accelerare la distribuzione dei BESS, che immagazzinano l’energia intermittente delle fonti rinnovabili per erogarla in seguito su richiesta.
Poiché il sodio è abbondante rispetto al litio, la produzione di massa di batterie Na-ion potrebbe ridurre notevolmente il costo complessivo della catena di approvvigionamento delle batterie.
Le batterie Na-ion offrono anche il vantaggio aggiuntivo di essere più facili da riciclare rispetto alle batterie Li-ion, come evidenziato in uno studio del 2023, poiché contengono meno materiali pericolosi e nessun metallo pesante.
Diverse case automobilistiche note stanno già lavorando sulle batterie Na-ion. Ad aprile, il più grande produttore di batterie al mondo, Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), ha annunciato che sta producendo in serie batterie Na-ion utilizzando la sua nuova piattaforma di batterie “Naxtra”. Il prodotto dovrebbe essere utilizzato nelle auto dal 2026. Il colosso automobilistico cinese BYD sta anche sviluppando batterie Na-ion per l’accumulo su scala di rete.
Sourse: www.livescience.com