Shazan Siddiqi, analista tecnologico senior presso IDTechEx, esamina i progressi tecnologici nel campo della batterie agli ioni di sodio.
Le batterie agli ioni di sodio e quelle agli ioni di litio condividono gli stessi principi elettrochimici, con il sodio che sostituisce il litio. Sebbene siano necessari catodi, anodi ed elettroliti diversi per accogliere questa sostituzione, la composizione chimica complessiva rimane simile in entrambe le tecnologie.
La differenza più significativa risiede nel catodo. Tuttavia, i principali attori del settore stanno sviluppando attivamente alternative a base di sodio agli NMC (nichel manganese cobalto) e LFP (litio ferro fosfato) degli ioni di litio. Secondo il nuovo rapporto IDTechEx, “Batterie agli ioni di sodio 2025-2035: tecnologia, attori, mercati e previsioni”, i tre principali tipi di catodi agli ioni di sodio in fase di sviluppo sono gli ossidi di metalli di transizione (simili all’NMC), i polianioni (simili all’LFP) e gli analoghi del blu di Prussia (esclusivi degli ioni di sodio).
Gli ossidi di metalli di transizione e gli analoghi del blu di Prussia sono particolarmente promettenti grazie al loro basso costo e all’assenza di terre rare. Gli ossidi di metalli di transizione, tipicamente composti da sodio, ossigeno, nichel, ferro e manganese, escludono il cobalto, affrontando le preoccupazioni di sostenibilità che hanno afflitto le batterie agli ioni di litio. Gli analoghi del blu di Prussia, con la loro struttura romboedrica, sono costituiti esclusivamente da sodio, ferro, carbonio e azoto, il che li rende unici nella tecnologia agli ioni di sodio.
Sul fronte dell’anodo e dell’elettrolita, le batterie agli ioni di sodio sono in gran parte simili a quelle agli ioni di litio. Gli anodi di carbonio duro, utilizzati nelle prime generazioni di batterie agli ioni di litio, sono la scelta preferita poiché gli ioni di sodio sono troppo grandi per essere inseriti nella grafite. Gli elettroliti sono costituiti da sali e solventi simili, con il sodio che sostituisce il litio, come NaPF6 in un solvente carbonato.
Confrontando le diverse caratteristiche prestazionali, si possono vedere i pro e i contro generali di ciascuna chimica delle batterie. La densità energetica delle batterie agli ioni di sodio è ancora inferiore a quella delle celle agli ioni di litio ad alta energia, che utilizzano il nichel, ma si stanno avvicinando alla densità energetica delle celle al litio ferro fosfato (LFP) ad alta potenza. La durata delle celle è ragionevole in alcune configurazioni, ma uno degli elementi interessanti è che le batterie agli ioni di sodio possono avere caratteristiche di potenza piuttosto elevate con valori di circa 1.000 W/kg, che sono superiori alle celle NMC (~340-420 W/kg) e LFP (~175-425 W/kg). Inoltre, mostrano migliori prestazioni alle basse temperature.
Competitività dei costi in un mercato in evoluzione
Uno dei principali vantaggi delle batterie agli ioni di sodio è il loro potenziale di riduzione dei costi rispetto alle tecnologie agli ioni di litio. Su larga scala, una batteria agli ioni di sodio con un catodo a ossido di metallo stratificato e un anodo in carbonio duro dovrebbe avere costi dei materiali inferiori di circa il 25-30% rispetto a una batteria al litio ferro fosfato (LFP). Questa riduzione dei costi è dovuta principalmente alla sostituzione del litio e del rame con sodio e alluminio più convenienti. L’alluminio da solo offre una riduzione dei costi di circa il 12%.
Tuttavia i costi sono influenzati da diversi fattori. I principali fattori di costo di qualsiasi batteria sono i materiali degli elettrodi, con il carbonio duro che emerge come il principale materiale anodico per le batterie agli ioni di sodio. Sebbene il carbonio duro offra un vantaggio in termini di costi rispetto alla grafite, ha una densità inferiore, il che significa che è necessario più elettrolita per lo stesso materiale attivo, aumentando i costi e la massa. Inoltre, il carbonio duro tende ad essere più costoso della grafite naturale e alcune varianti mostrano prestazioni inferiori.
Il futuro delle batterie agli ioni di sodio e la loro capacità di ridurre il prezzo delle batterie agli ioni di litio rimane un argomento molto dibattuto. Mentre il costo delle batterie agli ioni di litio continua a diminuire, i tempi in cui la tecnologia agli ioni di sodio potrebbe eguagliare o superare questi prezzi sono ancora incerti. IDTechEx ritiene che le innovazioni ingegneristiche, piuttosto che il semplice aumento della produzione, saranno fondamentali per ridurre i costi degli ioni di sodio.
Se i prezzi del litio rimarranno vicini ai minimi storici, le batterie agli ioni di sodio avranno meno possibilità di diventare competitive in termini di costi nel prossimo decennio. Tuttavia, con i continui progressi ingegneristici, gli ioni di sodio potrebbero emergere come tecnologia complementare, offrendo valore in applicazioni specifiche in cui la riduzione dei costi e la disponibilità di materiali sono fondamentali.