CATL corre con gli ioni di sodio: lavora già alla seconda generazione
Il leader globale delle batterie secondo la stampa cinese avrebbe già raggiunto la soglia di 200 Wh/kg di densità di energia: traguardo che renderebbe queste celle ancora più competitive col litio-ione
A luglio dello scorso anno CATL aveva presentato la sua batteria agli ioni di sodio di prima generazione, con una densità di energia gravimetrica in grado di raggiungere i 160 Wh/Kg, non valori esaltanti forse (dovuti alle caratteristiche cinetiche del materiale rispetto al comune litio) ma adeguati a rendere interessante la tecnologia.
Celle agli ioni di sodio sfoggiano altre grandi qualità: come l’accettare ricariche rapide ripristinando l’80% della capacità in 15 minuti a temperatura ambiente, la sicurezza molto più elevata rispetto alle litio-ione dominanti e il contenuto stesso.
Il contenuto a cui ci riferiamo per le celle agli ioni di sodio, che CATL impiegherà quanto prima in pacchi batterie misti con quelle agli ioni di litio, è ovviamente la materia prima: in una fase in cui commodities determinanti nelle celle quali il litio ed il nichel hanno raggiunto prezzi record, il sodio (abbondante e a basso prezzo) diventa ancora più interessante.
CATL secondo fonti di stampa locali avrebbe appena depositato un ulteriore brevetto (in totale avvicineranno presto il centinaio) sulla tecnologia delle celle agli ioni di sodio, in grado di rendere ancora più attraente la prossima generazione di queste batterie.
La scorsa estate a presentare le caratteristiche della tecnologia al sodio era stato chiamato Qisen Huang. Lo scienziato vice-decano del CATL Research Institute, che vedete nella foto di apertura, aveva illustrato come la cella sia realizzata con catodi basati su analoghi del “bianco di Prussia”, sugli anodi in hard carbon poroso e grazie alle proprietà del sodio sia anche possibile utilizzare un elettrolita a bassa concentrazione, risparmiando sui costi.
Inoltre poiché gli ioni di sodio non formano una lega con l’alluminio, per collettore di corrente dell’elettrodo negativo, può essere utilizzato questo materiale al posto del rame che si trova nell’anodo di ogni cella litio-ione, riducendo così il costo di circa l’8% e il peso della cella di circa il 10%.
Come se non bastassero le caratteristiche di elevata sostenibilità dei componenti delle celle agli ioni di sodio (in Finlandia c’è già chi l’hard carbon progetta di ottenerlo dagli alberi), la nuova generazione di celle agli ioni di sodio grazie agli studi del centro ricerche della società di Ningde avrebbe già significativamente aumentato la densità di energia della batteria superando il valore di 200 Wh/kg. Proprio Huang nella presentazione della scorsa estate aveva indicato quel traguardo come il prossimo obiettivo.
Gli articoli cinesi fanno riferimento alla tecnologia anode free: ovvero celle che nascono con l’elettrodo negativo che si forma solo al momento della prima ricarica. Per il momento non è ancora accessibile online un esplicito brevetto internazionale che chiarisca quale tecnologia avrebbe migliorato la densità di energia della cella sodio-ione CATL, e quindi a cascata proprietà come l’autonomia di marcia, nel caso la batteria sia montata su un veicolo al 100% elettrico o comunque plug-in.
Le possibilità di capire i progressi CATL senza cadere nella trappola del lost in translation a leggere le fonti cinesi ci paiono due. Da un lato c’è l’alternativa che per anode free si intenda che la cella di seconda generazione nasca senza sodio in eccesso, come avviene invece in celle agli ioni di litio; l’altra al fatto che si riferisca a una vera e propria cella anode free nello stesso senso che si applica ad alcune nuove tecnologie delle batterie al litio metallico: ovvero, appena ultimata la cella nasce col solo collettore di corrente su cui si deposita il metallo alla prima carica.
Non mancano i paper su studi e ricerche recenti in entrambe le alternative. Adam Cohn, Cary Pint della Vanderbilt University, a primavera dello scorso anno avevano reso pubblico uno studio su un prototipo di cella a bottone agli ioni di sodio da loro definita anode free, che affermavano disporre di una densità di energia gravimetrica addirittura di 400 Wh/kg.
Cohn e Pint nel loro progetto hanno presentato un anodo per il quale hanno fatto ricorso a carbonio, non diversamente da quanto preferito da CATL per la prima generazione di prodotto, con un collettore di corrente in alluminio che alla prima carica accoglie ioni (provenienti da un catodo basato su comune pirite) che si trasformano in sodio metallico. Gli scienziati, che stanno brevettando la tecnologia, ora lavorano a celle formato pouch più simili a quelle utilizzate da settori come veicoli elettrici ed ESS.
Più o meno nello stesso periodo Bingyuan Ma, Youngju Lee, Peng Bai della Washington University di St. Louis hanno pubblicato i risultati di un altro progetto su Advanced Science, che si avvicina ancora di più al senso letterale di una cella priva di anodo, quando nasce.
I ricercatori del laboratorio del Professor Bai si sono dedicati in particolare a superare l’instabilità e quindi breve vita di altre celle anode free cercando di contenere la reattività del metallo, in questo caso il sodio. Hanno impiegato un catodo già accademicamente molto noto di tipo NVP (sodio, vanadio, fosfato) e come controparte per l’elettrodo negativo il solo collettore di corrente, in rame, su cui depositare gli ioni trasformati in metallo.
Poiché i metalli alcalini come il sodio reagiscono con l’acqua, il lavoro del team si è concentrato sulla quantità di acqua nella soluzione in cui si trova l’elettrolita, riducendola sotto alle 10 parti per milione e trovando il sodio più sensibile al litio alla quantità presente. Il gruppo ha verificato che con questa impostazione la stabilità della cella è elevata, perché l’interfaccia SEI si è rivelata uniforme e il fenomeno dei dendriti tenuto sotto controllo.
Il laboratorio di Bai però appare ancora lontano dal trasferire i risultati ottenuti con la sua cella sperimentale in una produzione commerciale, anche se la densità gravimetrica possibile con questa batteria non è lontana per iniziare a quella di celle diffuse come quelle LFP a base ferrosa. E anche per questo, se proprio dovessimo azzardare una scommessa, per CATL penseremmo a una nuova generazione che assomigli più a quella degli scienziati Vanderbilt.
