Batterie al sodio per le auto: facciamo il punto

ALTERNATIVA AL LITIO? - I prezzi delle batterie agli ioni di litio stanno continuando a diminuire ma, nonostante questo aumento della competitività, l’interesse per le celle agli ioni di sodio (Na) non si è ridotto. In effetti le industrie, da quella automotive a quella attiva nello storage, scommettono su questa tecnologia. I produttori di batterie affermati, così come quelli appena entrati sul mercato, si propongono di passare rapidamente dal laboratorio alla fabbrica con un’alternativa valida alle celle al litio. La cinese Hina Battery sembra esserci riuscita, avendo i suoi elementi a bordo di due citycar presentate entrambe dal gruppo JAC: la recente Jiwei 3 (nella foto qui sotto) e la Sehol 10X, con il marchio frutto di accordi fra JAC e il Gruppo Volkswagen (qui la notizia). SIB (Sodium Ion Battery) sono state presentate anche da Farasis, partner di Mercedes da anni, ed equipaggiano la JMEV EV3, una microcar da città con 156 km di autonomia. Anche l’europea Northvolt ha già presentato celle al sodio da 160 Wh/kg mentre Tiamat vuole avviare la costruzione di un impianto di produzione da 5 GWh nella regione francese dell'Hauts-de-France.

DIVERSI VANTAGGI - Le batterie al sodio sono interessanti, sia per l’automotive sia per impianti di stoccaggio, in virtù di una sicurezza superiore, minori costi delle materie prime e credenziali ambientali molto migliori di quelli delle celle al litio. I dispositivi agli ioni di sodio non necessitano di materiali critici, poiché il sodio è abbondante e si trova ovunque (il sale è NaCl e non si può dire che scarseggi) e le celle non richiedono elementi rari, costosi (e controversi) quali cobalto o nichel. Nel 2022 si è sperimentato un aumento dei prezzi delle celle al litio e quindi l’interesse per quelle al sodio è aumentato e non sembra abbassarsi anche se i prezzi degli elementi Lithium-ion hanno iniziato a scendere di nuovo. Evan Hartley, analista senior di Benchmark Mineral Intelligence, ricorda che “nel maggio 2023 avevamo censito capacità produttiva di SIB per 150 GWh fino al 2030 ma ora le nostre stime sono salite a 335,4 GWh, sempre al 2023. 

TAGLIARE I COSTI (POTENZIALMENTE) - Le celle agli ioni di sodio, prodotte su larga scala, potrebbero essere dal 20% al 30% più economiche rispetto a quelle basate su quelle, già relativamente economiche, con chimica al litio ferro-fosfato (LFP), che è dominante nei sistemi di storage fissi. Le batterie agli ioni di sodio possono inoltre utilizzare l’alluminio per il collettore della corrente anodica invece del ben più costoso rame - utilizzato negli elementi ioni di litio - riducendo ulteriormente i costi e i rischi della catena di approvvigionamento. 

Questi risparmi sono però ancora da dimostrare perché, secondo l’analista di United IDTechEx Shazan Siddiqi “Prima che le batterie agli ioni di sodio possano sfidare quelle al litio-ferro-fosfato e anche quelle al piombo-acido gli operatori del settore dovranno ridurre i costi, migliorando le prestazioni tecniche, stabilendo catene di approvvigionamento affidabili e realizzando economie di scala. Il vantaggio in termini di costi della chimica agli ioni di sodio è ottenibile quando la scala produttiva è paragonabile a quella delle celle agli ioni di litio. Inoltre, un ulteriore calo dei prezzi del carbonato di litio potrebbe ridurre il vantaggio di prezzo offerto dal sodio”.

È improbabile che gli elementi al sodio sostituiscano quelli al litio nelle applicazioni ad alte prestazioni: sarà più facile vederli negli storage e nei veicoli della micromobilità. Gli analisti di S&P Global prevedono che gli ioni di litio al 2030 forniranno l’80% del mercato delle batterie e di questa quota il 90% avrà chimica LFP; le celle al sodio potrebbero rappresentare il 10% del mercato.

CERCANDO LE PRESTAZIONI - Gli ioni di sodio sono più grandi di quelli del litio e quindi nello stesso volume “ce ne stanno di meno“ rispetto agli elementi al litio. Avremo quindi un voltaggio inferiore e una densità di energia gravimetrica (Wh/kg) e volumetrica (wh/litro) inferiore. Attualmente le celle agli ioni di sodio erogano fra i 130 e i 160 Wh/kg ma si prevede che possa superare i 200 Wh/kg, paragonabile a quella degli elementi LFP. Viene però ipotizzato che le batterie agli ioni di sodio potrebbero avere una densità di potenza di 1 kW/kg, superiore a quelle con chimica nichel-manganese-cobalto (NMC) - circa 380 W/kg - e a quelle LFP, che varia da 175 a 425 W/kg. La durata è controversa: nominalmente un dispositivo agli ioni di sodio puà durare tra 100 e 1.000 cicli, menon delle celle LFP, ma lo sviluppatore indiano KPIT ha riportato una durata di 6.000 cicli all’80% della capacità. 

PIÙ SICUREZZA - Mentre i catodi rappresentano il costo principale per le batterie agli ioni di litio, l’anodo è il componente più costoso delle batterie al sodio: in questo campo il carbonio duro è la scelta standard ma la capacità produttiva è in ritardo e questo tiene ancora alti i prezzi. Le SIB evidenziano una migliore tolleranza alle temperature estreme, in particolare a quelle molto basse, e reggono scariche fino allo 0%, cosa che ne sfrutta di più la capacità e le rende più sicure durante il trasporto.

Le celle al sodio hanno un rischio di incendio minore, poiché l’elettrolita ha un punto di infiammabilità più elevato, e dato che i due elementi hanno struttura e principi di funzionamento simili, le celle al sodio possono spesso essere prodotte nelle linee di quelle al litio. Non sarà facile vedere, almeno nel breve termine, una SIB in un’automobile top di gamma ma questa tecnologia, il cui sviluppo è ancor più recente di quella del litio, ha delle frecce al suo arco.