Secondo una ricerca pubblicata sulla rivista Cell Reports Physical Science di Cell Press , una batteria agli ioni di sodio ampiamente utilizzata, sviluppata dal produttore cinese Hina, ha raggiunto livelli di prestazioni e qualità produttiva paragonabili a quelli delle batterie agli ioni di litio di Tesla.
I risultati suggeriscono che la tecnologia agli ioni di sodio potrebbe diventare un’alternativa a basso costo per i futuri veicoli elettrici e i sistemi di accumulo di energia su larga scala. Per raggiungere tale obiettivo, tuttavia, la batteria necessiterà di ulteriori miglioramenti nella ricarica a bassa temperatura e nella densità energetica. A differenza del litio, il sodio è abbondante e facilmente reperibile, il che lo rende un materiale interessante per ridurre i costi delle batterie e le problematiche relative alla catena di approvvigionamento.
“La combinazione di buona uniformità, elevata capacità di potenza e ottime prestazioni a basse temperature rende queste celle interessanti per lo stoccaggio stazionario, i servizi di rete e i veicoli commerciali o a corto raggio, dove i potenziali costi inferiori e la disponibilità di risorse sono più importanti della massima autonomia di guida”, afferma Moritz Schütte, ricercatore nel campo delle batterie presso l’Università RWTH di Aquisgrana, in Germania.
Confronto tra batterie agli ioni di sodio e tecnologia Tesla
Per valutare la batteria Hina, Schütte e colleghi hanno esaminato 120 celle agli ioni di sodio utilizzando la spettroscopia di impedenza, un metodo non distruttivo che misura l’uniformità della batteria.
I ricercatori hanno quindi testato le celle in una varietà di condizioni operative reali. Le prestazioni sono state misurate a diversi livelli di corrente e temperature comprese tra -20 °C e 45 °C. Il team ha anche utilizzato i raggi X per esaminare le batterie internamente prima di smontarle per analizzare le dimensioni degli elettrodi, la composizione del materiale e le caratteristiche strutturali microscopiche.
Una scoperta degna di nota è stata la configurazione a doppio collettore di corrente in alluminio della batteria. Questa configurazione contribuisce a ridurre la resistenza elettrica e favorisce una distribuzione più uniforme della temperatura all’interno della cella. I ricercatori hanno osservato che questo design è molto simile all’architettura attualmente utilizzata nelle batterie Tesla.
“Siamo rimasti piacevolmente sorpresi dall’uniformità delle cellule”, afferma Schütte.
Punti di forza e sfide rimanenti
Nonostante i risultati incoraggianti, i ricercatori hanno individuato diverse aree in cui la batteria agli ioni di sodio è ancora indietro rispetto alle principali tecnologie agli ioni di litio.
“Le prestazioni ad alta potenza sono state migliori di quanto ci si potrebbe aspettare da un prodotto agli ioni di sodio di prima generazione commercializzato”, afferma Schütte. “Tuttavia, per le applicazioni che richiedono ricariche frequenti a basse temperature ambiente, saranno importanti un’adeguata gestione termica o strategie operative appropriate, poiché la ricarica a bassa temperatura rimane un chiaro punto debole.”
Il team ha inoltre rilevato concentrazioni di rame insolitamente elevate in alcune regioni del catodo della batteria. Inoltre, il rame risultava distribuito in modo non uniforme in tali aree.
Secondo Schütte, questa scoperta “solleva interessanti interrogativi sul suo ruolo nelle prestazioni e nell’invecchiamento”.
“Sarà entusiasmante vedere le future tecnologie agli ioni di sodio prive di nichel e rame, che al contempo raggiungano una densità energetica competitiva”, ha affermato.
Perché il sodio potrebbe essere importante per le batterie del futuro
Poiché il sodio è molto più abbondante e ampiamente disponibile rispetto al litio, i produttori potrebbero potenzialmente ridurre i costi delle materie prime, diminuendo al contempo i rischi a lungo termine della catena di approvvigionamento.
Le batterie agli ioni di sodio mantengono prestazioni elevate anche sotto carico a basse temperature, il che le rende interessanti per i sistemi di accumulo di energia stazionari e per le applicazioni mobili che operano in climi freddi.
“Tuttavia, le attuali celle agli ioni di sodio in commercio hanno generalmente una densità energetica inferiore rispetto alle migliori celle agli ioni di litio, e la tecnologia è complessivamente meno matura”, ha affermato Schütte.
Prossimi passi per la ricerca sugli ioni di sodio
I ricercatori intendono concentrarsi sul miglioramento delle prestazioni di ricarica a basse temperature, con l’obiettivo di consentire una ricarica più sicura ed efficiente al di sotto di 0 °C.
Ulteriori ricerche si concentreranno anche sull’esplorazione di metodi per ottimizzare i materiali utilizzati nelle batterie agli ioni di sodio.
“I progressi negli anodi in carbonio duro e nelle formulazioni degli elettroliti potrebbero essere particolarmente promettenti”, ha affermato.
Lo studio è stato finanziato dal Ministero federale della ricerca, della tecnologia e dello spazio e dal Ministero federale dell’economia e dell’energia.
Riepilogo
Una visione trasparente della progettazione e dei materiali delle batterie agli ioni di sodio commerciali è essenziale per valutarne la maturità e confrontarle con le tecnologie agli ioni di litio. Presentiamo un’analisi post-mortem e test elettrochimici della tecnologia di batterie agli ioni di sodio più commercializzata di Hina Battery, che impiega un’architettura a doppio strato di alluminio e una nuova composizione del catodo, NaCu 1/9 Ni 2/9 Fe 1/3 Mn 1/3 O 2 . Questo catodo presenta una particolare separazione spaziale del rame dagli altri metalli di transizione (Ni, Fe e Mn) all’interno delle singole particelle. Utilizzando un’analisi a spirale di Archimede dei dati di tomografia computerizzata, stimiamo la lunghezza totale del catodo con una deviazione del 2%, senza ulteriore ottimizzazione dell’immagine. La cella offre prestazioni e qualità di produzione paragonabili alle batterie agli ioni di litio di ultima generazione: la variazione di impedenza su 120 celle è del 5,3%, la capacità rimane superiore al 100% a 4C (25 °C) e l’energia di scarica utilizzabile è superiore all’80% a -20 °C, sebbene questo valore scenda al 56% nella direzione di carica.Abstract grafico
Christian Siebert, Moritz Schütte, Jonas Rinner, Gereon Stahl, Jan Lin, Katharina Quade, Heinrich Ditler, Christiane Rahe, Dirk Uwe Sauer. Cell teardown and characterization of a Hina commercial sodium-ion battery. Cell Reports Physical Science, 2026; 7 (6): 103323 DOI: 10.1016/j.xcrp.2026.103323
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