Ecco la batteria ad acqua salata ovvero la batteria agli ioni di sodio

Sta riscuotendo sempre più consensi la batteria agli ioni di sodio, ovvero una specie di batteria ad acqua salata, messa a punto da una start-up di Pittsburgh – la Aquion Energy – che tra i suoi investitori vanta personaggi di spicco.

Cos’è una batteria ad acqua salata

Si tratta in realtà di una batteria agli ioni di sodio (Na-ion) ricaricabile che funziona in modo simile alle più comuni batterie agli ioni di litio (Li-ion), ma utilizza ioni di sodio (Na+) come portatori di carica invece degli ioni di litio (Li+).

Durante la scarica, gli ioni di sodio si spostano dall’elettrodo negativo (anodo) all’elettrodo positivo (catodo) attraverso un elettrolita, generando una corrente elettrica.

Durante la carica, il processo si inverte, con gli ioni di sodio che ritornano all’anodo.

La batteria è costituita da un anodo (in genere in carbonio) che rilascia ioni di sodio e elettroni durante la scarica, e da catodo (in metalli di transizione, polianioni, ferrocianuri e composti a base di zolfo) che accoglie gli ioni di sodio durante la scarica.

Un conduttore ionico, l’elettrolita permette il passaggio degli ioni tra anodo e catodo, ed impedisce il flusso di elettroni. Può essere a base di sali di sodio disciolti in solventi organici o polimeri, oppure solido ceramico o a base di vetro.

Una membrana porosa separa fisicamente anodo e catodo, impedendo il loro contatto diretto e dunque un eventuale cortocircuito, ma permette il passaggio degli ioni di sodio.

Come funziona la batteria agli ioni di sodio

Durante la scarica, gli ioni si spostano da anodo a catodo attraverso l’elettrolita. Gli elettroni, impossibilitati a passare attraverso l’elettrolita, fluiscono attraverso un circuito esterno dall’anodo al catodo, generando una corrente elettrica che può alimentare un dispositivo.

Durante la carica, una fonte di energia esterna applica una tensione che inverte il flusso. Gli ioni di sodio vengono spinti al contrario da catodo ad anodo, mentre gli elettroni fluiscono attraverso il circuito esterno.

Quali sono i vantaggi delle batterie agli ioni di sodio

Le batterie ad acqua salata hanno diversi vantaggi rispetto a quelle al litio.

• Costo inferiore: il sodio è molto più abbondante e meno costoso del litio
• Maggiore sostenibilità: l’estrazione del sodio ha un impatto ambientale inferiore
• Funzionamento a basse temperature senza subire significative perdite di prestazioni
• Possibilità di utilizzare elettroliti solidi, aumentando la sicurezza delle batterie, e riducendo il rischio di incendi

Quali aspetti negativi delle batterie agli ioni di sodio

Le batterie ad acqua ‘salata’ hanno però anche degli aspetti negativi rispetto a quelle agli ioni di litio:

• Densità energetica inferiore rispetto a quelle al litio, il che significa che, a parità di dimensioni, che immagazzinano meno energia
• Durata inferiore rispetto alle Li-ion, e possono sopportare un minor numero di cicli di carica-scarica
• Tensione inferiore a quella delle Li-ion, e questo influisce sulle prestazioni di alcuni dispositivi

Nonostante gli svantaggi, sono considerate una promettente alternativa, soprattutto per applicazioni stazionarie di accumulo di energia, dove il costo e la sostenibilità sono fattori cruciali.

Aqueous Hybrid Ion, la batteria ad acqua salata di Stanford

La ricerca e lo sviluppo in questo campo stanno progredendo rapidamente, e si prevede che le prestazioni delle batterie Na-ion miglioreranno ulteriormente nel prossimo futuro. E qui infatti s’inserisce il progetto promosso grazie ad un investimento da 55 milioni di dollari e condotto da un gruppo di ricercatori dell’università di Stanford.

Consiste nella produzione su scala industriale di una batteria ad alta efficienza energetica, la Aqueous Hybrid Ion (AHI), capace di durare il doppio di una tradizionale e di inquinare molto meno.

Il principio è semplice quanto geniale: la fonte energetica è la più naturale che si possa immaginare (l’acqua salata appunto) e di certo non scarseggia, quindi è sicuramente sostenibile.

Gli elettrodi al silicio presenti nella batteria, inoltre, sono in grado di immagazzinare energia in quantità dieci volte superiore a quella normalmente racchiusa nelle batterie al litio, utilizzando l’acqua salata come elettrolita al posto del piombo.

La piccola rivoluzione, dunque, consiste proprio nel sostituire gli elettrodi tradizionali con gli ioni di sodio grazie ai quali la carica si muove, attraverso il liquido, dagli elettroliti positivi, basati sull’ossido di manganese, a quelli negativi, basati sul carbonio, in maniera del tutto analoga al funzionamento di una normalissima batteria piombo-acido.

I problemi della batteria di Stanford

L’unico limite che questa tecnologia sempre essere destinata ad incontrare è l’espansione fisica del silicio che implica inevitabilmente la rottura del minerale.

Ed è proprio su questo limite che i ricercatori stanno concentrando tutti gli sforzi per perfezionare il loro prototipo.

Se si riuscisse a superare quest’ultimo ostacolo, la tecnologia su cui è basata la batteria ad acqua salata della Aquion Energy potrebbe diventare nel giro di poco tempo una fonte energetica rinnovabile di straordinaria importanza, capace di rendere energicamente autonome intere città, senza l’ausilio di altri fonti energetiche più inquinanti. Speriamo.

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Ultimo aggiornamento il 28 Ottobre 2024 da Rossella Vignoli