Con la crescente domanda globale di energia rinnovabile e pulita, soluzioni energetiche efficienti e sostenibili stanno diventando sempre più importanti. A causa della scarsità delle risorse di litio, batterie al sodio hanno ricevuto ampia attenzione da parte del mondo accademico e dell’industria sia a livello nazionale che internazionale a partire dal 2010, e la ricerca correlata è rapidamente aumentata.
Attualmente, le batterie al sodio sono passate dalla fase di laboratorio all’applicazione sul mercato. Molte aziende in tutto il mondo, come la cinese Ningde Times e la giapponese Kishida Chemical, hanno iniziato a definire il proprio layout industriale per le batterie al sodio.
Nel giugno 2018, una società cinese denominata ZhongkeHaina ha lanciato il primo veicolo elettrico a bassa velocità con batteria al sodio (72 V, 80 Ah) al mondo e nel giugno 2021, la società ha lanciato un sistema di accumulo di energia con batteria al sodio da 1 MWh.
Questo articolo esplora le caratteristiche, i vantaggi, il valore commerciale e le prospettive di sviluppo futuro delle batterie al sodio.
Sommario
Come funzionano le batterie al sodio
Vantaggi e caratteristiche delle batterie al sodio
Campo di applicazione delle batterie al sodio
Prospettive di mercato e trend di sviluppo delle batterie al sodio
Conclusione
Come funzionano le batterie al sodio
Una batteria al sodio è una batteria secondaria (ricaricabile) che per funzionare si basa principalmente sul movimento degli ioni di sodio tra gli elettrodi positivo e negativo. Una batteria al sodio è costituita da un elettrodo positivo, un elettrodo negativo, un collettore di corrente, un elettrolita e un separatore.
Il principio di funzionamento delle batterie al sodio è simile a quello delle batterie agli ioni di litio. Durante la carica e la scarica, gli ioni sodio si muovono avanti e indietro tra i due elettrodi. Durante la carica, gli ioni sodio vengono deiintercalati dall'elettrodo positivo e incorporati nell'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita. Durante la scarica, il processo viene invertito, con gli ioni sodio che vengono estratti dall'elettrodo negativo, passano attraverso l'elettrolita e si intercalano nel materiale dell'elettrodo positivo, riportando l'elettrodo positivo ad uno stato ricco di sodio.
Vantaggi e caratteristiche delle batterie al sodio
Rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, le batterie al sodio presentano alcuni vantaggi e caratteristiche uniche.
Ad esempio, le batterie al sodio sono relativamente economiche. Le batterie al sodio sono costituite principalmente da sali di sodio, che sono più abbondanti ed economici dei sali di litio. Inoltre, le batterie al sodio utilizzano materiali a base di nichel manganese come elettrodi positivi, che non richiedono l’uso di metalli rari e costosi come il cobalto o il nichel, riducendo ulteriormente i costi dei materiali. Pertanto, il costo complessivo di produzione delle batterie al sodio è relativamente basso.
In secondo luogo, le batterie al sodio sono molto sicure. Hanno una resistenza interna più elevata, con conseguente minore generazione di calore durante il cortocircuito. Pertanto sono più stabili durante la carica e la scarica e presentano meno rischi per la sicurezza, ad esempio dovuti a combustione o esplosioni. Inoltre, le batterie per l'accumulo di energia al sodio hanno meno limiti di temperatura per l'uso e possono funzionare normalmente anche a temperature alte o basse.
In terzo luogo, le batterie al sodio sono più rispettose dell’ambiente poiché non contengono elementi tossici o metalli pesanti come piombo e mercurio. Rispetto ad altri tipi di batterie, le batterie al sodio hanno anche un impatto negativo minore sull’ambiente durante la produzione, l’utilizzo e il riciclaggio.
In quarto luogo, hanno una lunga durata. Le batterie al sodio possono caricarsi diverse migliaia di volte o più, un numero significativamente superiore rispetto alle tradizionali batterie al piombo o alle batterie agli ioni di litio. Pertanto, l'uso di batterie al sodio può ridurre i costi di sostituzione delle batterie e i costi di manutenzione.
Campo di applicazione delle batterie al sodio
Uno svantaggio delle batterie al sodio è che, rispetto alle batterie al litio, hanno una densità di energia inferiore, il che significa che tendono a richiedere più spazio per la stessa quantità di energia immagazzinata e hanno alcune limitazioni sullo spazio di utilizzo. Si prevede quindi che verranno applicati inizialmente ai veicoli elettrici a bassa velocità. Man mano che il settore matura, è probabile che le batterie al sodio verranno gradualmente applicate a scenari di stoccaggio dell’energia come lo stoccaggio di energia rinnovabile, lo stoccaggio di energia domestico e su scala di rete, ecc.
Nonostante la capacità ridotta, la prestazione complessiva delle batterie al sodio è comunque migliore di quella delle batterie al piombo. Nell’ambito della tendenza globale allo sviluppo verde e alla protezione ambientale, la sostituzione delle batterie al piombo-acido, di breve durata e altamente inquinanti, con batterie al sodio sembra diventare la tendenza generale. L’industrializzazione delle batterie al sodio è ancora agli inizi, ma si prevede che i costi successivi diminuiranno e alla fine diventeranno inferiori a quelli delle batterie al piombo-acido, consentendo applicazioni industrializzate su larga scala.
Inoltre, grazie al loro basso costo e alla lunga durata, le batterie al sodio presentano vantaggi unici nei sistemi di accumulo di energia su larga scala. Rispetto ai tradizionali sistemi di batterie agli ioni di litio, i sistemi di accumulo di energia costruiti utilizzando batterie al sodio possono soddisfare la domanda di energia in modo più economico e affidabile. Le batterie al sodio svolgeranno quindi un ruolo importante nello stoccaggio dell’elettricità in eccesso proveniente da nuove fonti energetiche, come l’energia solare ed eolica. L’instabilità di queste fonti di energia rinnovabile fa sì che le forniture energetiche fluttuino, rendendo le batterie al sodio la scelta ideale per immagazzinare l’elettricità in eccesso proveniente da nuove fonti energetiche.
Prospettive di mercato e trend di sviluppo delle batterie al sodio
Con la crescente attenzione rivolta allo sviluppo sostenibile e alle fonti di energia pulita, le prospettive di mercato per le batterie al sodio sono ampie e probabilmente svolgeranno un ruolo importante nelle future transizioni energetiche. Con il rapido sviluppo nel campo dello stoccaggio dell’energia e dei veicoli elettrici, c’è ampio spazio per l’espansione del mercato delle batterie al sodio.
Pertanto, la competizione per l’influenza sul mercato nel campo delle batterie al sodio diventerà un nuovo campo di battaglia per la tecnologia energetica globale nel prossimo decennio e continuerà a essere un punto caldo per gli investimenti sia nei mercati primari che in quelli secondari. Secondo le previsioni di EVTank, entro il 135 si sarà formata una capacità di linea di produzione dedicata di 2023 GWh per le batterie al sodio lungo la catena industriale delle batterie elettriche, mentre si prevede che il volume effettivo delle spedizioni di batterie al sodio raggiungerà i 347 GWh entro il 2030. Sulla base di questo calcolo, a partire dal 2024 fino al 2030, il tasso di crescita annuo composto delle spedizioni di batterie al sodio è stimato al 58.1%.
Allo stato attuale, le tecnologie rilevanti nella catena industriale delle batterie al sodio sono ancora in fase di maturazione. Nella fase iniziale di realizzazione della produzione di massa industrializzata di batterie al sodio, è necessario dare priorità a due aspetti: in primo luogo, il miglioramento delle prestazioni delle batterie, compresi i miglioramenti nella densità di energia e nella durata del ciclo. Tra tutti gli attuali percorsi tecnologici, il sistema stratificato di ossido-carbonio duro ha la più alta densità di energia e si prevede che sarà commercializzato per primo. Si prevede che anche la densità a bassa energia del blu di Prussia (bianco) e del percorso polianionico migliorerà gradualmente con il continuo progresso dei principali produttori, creando più opzioni per i materiali catodici delle batterie al sodio.
In secondo luogo, è necessario ridurre anche le considerazioni sui costi per la produzione su larga scala. Rispetto alle batterie al litio più mature, il costo di produzione delle batterie al sodio non è ancora vantaggioso per i produttori. Tuttavia, man mano che i principali produttori aumentano gradualmente la loro produzione e matura la fase successiva della produzione, si prevede che il costo delle batterie al sodio scenderà al livello delle batterie al piombo-acido, ottenendo un maggiore vantaggio competitivo.
Conclusione
In conclusione, le batterie al sodio, in quanto nuova generazione di tecnologie di accumulo dell’energia, hanno un valore commerciale e prospettive di sviluppo significativi. Grazie al loro basso costo, alla maggiore sicurezza, alla lunga durata e al rispetto dell’ambiente, sono attualmente la scelta ideale per i veicoli elettrici a bassa velocità e per lo stoccaggio di energia rinnovabile. Con la crescente attenzione globale rivolta allo sviluppo sostenibile e all’energia pulita, si prevede che il mercato delle batterie al sodio continuerà a crescere. Infine, man mano che la tecnologia continua a migliorare, batterie al sodio si prevede che troveranno applicazioni più ampie in settori quali le batterie portatili, mostrando prospettive di sviluppo ancora più ampie.
