Tra queste, le batterie agli ioni di sodio (Na)- hanno un grande potenziale per rappresentare la prossima generazione di soluzioni di immagazzinamento dell’energia a basso costo ed ecologiche. I diversi indicatori di performance chiave richiesti dalle diverse applicazioni e la diversificazione del mercato sono la forza trainante che spinge la tecnologia Na-ion più vicina al mercato.
Un team di scienziati tra cui WMG dell’Università di Warwick ha combinato le proprie conoscenze e competenze per valutare lo stato attuale della tecnologia Na-ion, dai materiali allo sviluppo delle celle, offrendo un confronto realistico degli indicatori di performance chiave per le NB e le LIB.
Le LIB svolgono un ruolo primario nella transizione verso un’economia a basse emissioni di carbonio. Tuttavia, mentre il mercato si espande rapidamente, le sfide ambientali e sociali associate alla produzione di massa di LIBs sta innescando una grande attenzione verso la ricerca di soluzioni alternative di immagazzinamento dell’energia basate su materiali che possono essere ottenuti in modo sostenibile e responsabile. In questo scenario, le NIB rappresentano una tecnologia alternativa a basso costo, sostenibile e più rispettosa dell’ambiente per l’immagazzinamento dell’energia.
Nel documento ‘Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics’, pubblicato il 18 settembre 2020 nel Journal of Power Sources, un grande team di scienziati esperti in tecnologia Na-ion, guidato dal WMG, presso l’Università di Warwick (UK) analizza la prospettiva che le NIB prendano posto nel mercato dello stoccaggio dell’energia. Il documento include anche ricercatori di: Helmholtz Institute Ulm (Germania), College de France (Francia), Humboldt University Berlin (Germania), Institute for Energy technology (Norvegia), Université de Picardie Jules Verne (Francia), Università di Bordeaux (Francia) e CIC energiGUNE (Spagna).
Le batterie a base di Na-ioni offrono una combinazione di proprietà interessanti. Sono a basso costo, usano precursori sostenibili e hanno forniture sicure di materie prime. Inoltre, sono considerate come una tecnologia drop-in che potrebbe beneficiare degli impianti di produzione di batterie Li-ion già esistenti.
Come i sistemi basati sul Li, le batterie basate sul Na sono disponibili in diverse forme, come Na-ion, Na-all-solid-state-batteries, NaO2 e Na/S. Mentre le ultime sono viste come tecnologie future dirompenti, la tecnologia Na-ione rappresenta una tecnologia attraente quasi pronta a sfidare le batterie Li-ion in applicazioni specifiche.
Le metriche di performance sono di estrema importanza per la tecnologia SIB per garantire un costo competitivo per Wh e trovare un posto nel mercato. In questo lavoro, i materiali elettrodici e i sistemi elettrolitici più promettenti sono stati rivisti e le metriche di performance dalla letteratura accademica sono state utilizzate per estrapolare gli indicatori di performance delle celle agli ioni di sodio complete.
Gli autori indicano che con lo sviluppo in corso, i migliori materiali attualmente disponibili per le celle agli ioni di Na dovrebbero permettere di avvicinarsi alla densità energetica dell’attuale generazione di celle commerciali agli ioni di Li-ion. Uno dei più importanti campi di applicazione per i prototipi di batterie agli ioni di sodio sviluppati è certamente quello dei sistemi di stoccaggio di energia stazionari, dove il costo e la durata del ciclo rappresentano due parametri fondamentali. “In questo campo le batterie agli ioni di sodio hanno il potenziale per dominare il mercato futuro, rappresentando il sistema più promettente per colmare il divario tra la produzione e l’utilizzo dell’energia, garantendo l’approvvigionamento energetico. Tuttavia le applicazioni ad alta potenza nel settore automobilistico elettrificato sono una potenziale applicazione di nicchia per le NIB” dice la dottoressa Ivana Hasa, Assistant Professor al WMG.
Sono necessari ulteriori miglioramenti tecnologici per aumentare le prestazioni soprattutto in termini di densità energetica. Risultati estremamente incoraggianti sono stati raggiunti per la tecnologia Na-ion in un tempo molto breve rispetto alla tecnologia Li-ion. Il miglioramento tecnologico sarà raggiunto attraverso l’ottimizzazione della fabbricazione/assemblaggio dei componenti delle celle, come è avvenuto negli ultimi trent’anni per la tecnologia LIB.
Dr Ivana Hasa, del WMG, Università di Warwick commenta: “Dal punto di vista della ricerca applicata, gli sforzi di ricerca futuri dovrebbero essere dedicati alla ricerca fondamentale, alla scoperta dei materiali e alla comprensione dei processi termodinamici e cinetici che governano la chimica di questi sistemi. Inoltre, l’indagine sulle batterie Na-ion upscaled è di primaria importanza per ottenere dati realistici per valutare il progresso della tecnologia, nonché l’adozione di una metodologia di reporting comune nella comunità scientifica che consenta un confronto equo tra i risultati delle prestazioni.”
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