Un gruppo di ricerca dell’Accademia cinese delle scienze ha raggiunto un traguardo significativo nella sicurezza delle batterie, sviluppando una batteria agli ioni di sodio in grado di sopprimere completamente la fuga termica. Secondo i risultati pubblicati su Nature Energy, la nuova tecnologia è sopravvissuta con successo a condizioni di test estreme, comprese temperature che hanno raggiunto i 300°C, senza fumo, fuoco o esplosioni.
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Risolvere il problema della “fuga termica”.
Nell’attuale panorama delle batterie, dominato dalla tecnologia agli ioni di litio, l’instabilità termica è l’ostacolo più critico per la sicurezza. Ciò si verifica quando un guasto interno provoca un rapido aumento della temperatura, innescando una reazione a catena autoalimentata che porta ad un incendio o ad un’esplosione.
Sebbene la maggior parte dei produttori cerchi di mitigare questo rischio utilizzando additivi ritardanti di fiamma, queste sono spesso misure “reattive” che si limitano a ritardare l’accensione. Il nuovo approccio sviluppato da Hu Yongsheng e dal suo team presso l’Istituto di Fisica è “proattivo”.
La scienza: un elettrolita autoprotetto
L’innovazione principale risiede in un elettrolita polimerizzabile non infiammabile (PNE). Questo materiale funge da struttura protettiva multistrato attraverso una trasformazione fisica unica:
- Transizione di fase: Quando le temperature interne superano i 150°C, l’elettrolita passa dallo stato liquido a una barriera allo stato solido.
- Isolamento fisico: questo nuovo strato solido agisce come un separatore interno, bloccando fisicamente la diffusione del calore tra le celle e arrestando le reazioni chimiche a catena che portano alla fuga termica.
- Integrità strutturale: a differenza dei metodi tradizionali che si concentrano sul rallentamento di un incendio, questo meccanismo è progettato per interrompere completamente il percorso del guasto.
Prestazioni comprovate sotto stress estremo
La tecnologia è stata testata utilizzando una cella cilindrica agli ioni di sodio da 3,5 Ah e i risultati suggeriscono un nuovo standard di sicurezza:
– Test di penetrazione del chiodo: La cella non ha mostrato segni di fumo, fuoco o esplosione anche se perforata fisicamente.
– Calore estremo: la batteria ha mantenuto la stabilità a temperature fino a 300°C.
– Intervallo operativo: Nonostante la maggiore sicurezza, la cella rimane altamente funzionale, funzionando in modo affidabile da -40°C a 60°C.
– Densità energetica: La cella ha raggiunto una densità energetica di 211 Wh/kg, dimostrando che un’elevata sicurezza non richiede necessariamente un massiccio sacrificio di potenza.
Il percorso verso la commercializzazione
Questa svolta non è solo una curiosità di laboratorio; è strettamente legato a Zhongke Haina (HiNa), uno sviluppatore di batterie agli ioni di sodio che emerge dallo stesso istituto di ricerca.
Lo spostamento verso la tecnologia agli ioni di sodio è guidato dalla necessità di alternative più economiche e più abbondanti al litio. Mentre il litio rimane il gold standard per i veicoli elettrici ad alte prestazioni, le batterie agli ioni di sodio si stanno ritagliando una nicchia nel trasporto pesante e nello stoccaggio su larga scala. HiNa ha già riferito che nei test sui camion pesanti, i sistemi agli ioni di sodio hanno contribuito a ridurre il consumo di energia per chilometro di circa il 15% e ad estendere l’autonomia di circa il 20% in condizioni standard.
Le prospettive economiche
La transizione agli ioni di sodio dipenderà fortemente dall’efficienza in termini di costi. Le proiezioni del settore suggeriscono:
1. Entro il 2027: si prevede che le batterie agli ioni di sodio raggiungeranno la parità di costo con i sistemi agli ioni di litio.
2. Entro il 2028: con l’aumento della produzione, si prevede che le fasce di prezzo di entrambe le tecnologie si sovrapporranno in modo significativo.
Questo sviluppo segna il passaggio dalla semplice gestione degli incendi provocati dalle batterie alla loro prevenzione fondamentale attraverso la scienza dei materiali, aprendo potenzialmente la strada a uno stoccaggio energetico più sicuro ed economico nell’industria pesante e nei trasporti.
Conclusione
Creando un elettrolita che diventa solido durante il surriscaldamento, i ricercatori hanno risolto il principale difetto di sicurezza delle batterie ad alta densità. Poiché la tecnologia degli ioni di sodio si avvicina alla parità di costo con quella del litio, questa svolta in termini di sicurezza potrebbe accelerare la transizione globale verso soluzioni energetiche più stabili e convenienti.
