La sicurezza delle batterie sicure agli ioni di sodio le fa brillare nelle energie rinnovabili e nelle applicazioni industriali
Le batterie agli ioni di litio (LIB) hanno rivoluzionato l’elettronica di consumo portatile e sono utilizzate nella maggior parte degli attuali veicoli elettrici. Alimentano anche apparecchiature per la movimentazione dei materiali, come piccoli carrelli elevatori o robot in ambienti industriali, e forniscono accumulo di energia in applicazioni nel settore delle energie rinnovabili. Le LIB devono affrontare sfide importanti, tra cui l’instabilità della catena di approvvigionamento aggravata dall’aumento vertiginoso della domanda, la sicurezza legata a una reazione chimica incontrollata chiamata thermal runaway che provoca incendi, e processi di riciclaggio irregolari. Per risolvere questi problemi, il progetto NAIMA, finanziato dall’UE, ha portato la promettente tecnologia delle batterie agli ioni di sodio (Na), un’alternativa alle LIB, fuori dal laboratorio e nell’industria in due casi d’uso tempestivi e di grande successo: Industria 4.0 ed energie rinnovabili.
Scalabilità e prototipazione di materiali attivi
NAIMA ha sviluppato e aggiornato i materiali per l’anodo, il catodo e l’elettrolita, compresi i precursori di biomassa secca per gli anodi e i materiali attivi per il catodo ossidi di polianioni e lamellari. Le quantità ottenute di questi materiali sono aumentate, dalla produzione di laboratorio a diversi chilogrammi (scala industriale). Secondo il coordinatore del progetto John Abou-Rjeily di TIAMAT: «La disponibilità nell’UE delle materie prime necessarie per produrre l’anodo, il catodo e l’elettrolita garantisce la fattibilità dei processi di fabbricazione, a sostegno dell’indipendenza europea». Inoltre, lo ione Na può essere immagazzinato a 0 V, proteggendo le batterie dai rischi di sicurezza intrinseci delle LIB». «Abbiamo prodotto diversi chilogrammi delle nostre materie prime, ovvero una produzione su scala industriale, supportando il successo della prototipazione di due diverse configurazioni di celle per batterie agli ioni di sodio: alta densità di potenza (relativa alla velocità con cui un dispositivo può caricare e scaricare l’energia) e alta densità di energia (una misura della quantità di energia che il dispositivo può immagazzinare)», osserva Abou-Rjeily. La prima ha raggiunto i 100 Wattora/kg (Wh/kg) e la seconda i 140 Wh/kg, superando di gran lunga le altre alternative e avvicinandosi rapidamente alle attuali celle LIB.
Casi d’uso dell’industria 4.0 e della generazione di energia rinnovabile
Sono stati fabbricati diversi pacchi batteria agli ioni di sodio da 48 V con oltre 500 celle NAIMA agli ioni di sodio e un sistema di gestione delle batterie all’avanguardia. Questi sono stati convalidati in due scenari in diversi Paesi europei. Un'applicazione per l’industria 4.0 intendeva ottenere una gestione efficace dei picchi di domanda di energia e la riduzione dei costi energetici. Un’applicazione per le energie rinnovabili ha livellato le fluttuazioni nella fornitura di energia fotovoltaica o eolica. I risultati hanno dimostrato che la tecnologia delle batterie agli ioni di sodio è una solida alternativa alla tecnologia LIB sia per le energie rinnovabili che per le applicazioni industriali. Le batterie agli ioni di sodio sono anche meno complicate, semplificando il funzionamento e la manutenzione, e sono compatibili con le applicazioni dei veicoli elettrici, dove possono anche coesistere con le LIB in configurazioni ibride.
Batterie agli ioni di sodio: accelerare la transizione energetica europea
Oltre all’indipendenza europea e alle eccellenti prestazioni, la tecnologia delle batterie agli ioni di sodio soddisfa tutte le esigenze di sostenibilità, ecodesign ed economia circolare. La sostenibilità superiore rispetto alle LIB è garantita da un approvvigionamento europeo di materie prime, tra cui bio-precursori di biomassa secca, carbonio duro e sali. «La nostra catena di approvvigionamento europea sostenibile e i materiali ecocompatibili sono stati rafforzati da un approccio di ecodesign, dallo sviluppo di prodotti che fondono sostenibilità e strategie tecniche (analisi del ciclo di vita e costo del ciclo di vita) e dall’esplorazione di applicazioni reali di seconda vita, compresi i processi di riutilizzo e riassemblaggio. Il nostro processo di riciclaggio su misura ha portato a una dimostrazione di riciclabilità pari al 51 %», aggiunge Abou-Rjeily. La collaborazione di NAIMA con oltre 100 persone provenienti da 15 stabilimenti diversi in nove paesi europei ha sostenuto la transizione verso un sistema energetico sicuro, sostenibile e competitivo basato sulla tecnologia degli ioni di sodio.
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