Accumulare più energia con batterie a componenti liquidi

Una nuova classe di batterie al sodio fuso apre la strada a nuovi usi di una tecnologia di stoccaggio estremamente performante ed economica, di estremo interesse per l’accumulo di energia alla scala delle reti.

Le batterie ricaricabili al sodio-zolfo (anche det­te al sodio fuso) sono realizzate con materiali economici e ampiamente dispo­nibili, non tossici e riciclabili, e sono estremamente performan­ti: elevata capacità di accumulo (fino a 4 volte rispetto alle bat­terie a ioni di litio), alta ener­gia specifica (indicativamente 250 Wh/kg), grande efficienza carica/scarica e lungo ciclo di vita; inoltre sono esenti da effet­to memoria e da autoscarica.

Si tratta perciò una validissima alternativa rispetto alle tecnolo­gie oggi più diffuse, se non fos­se che funzionano a temperature comprese fra 270 e 350 °C, fatto che ne limita l’impiego a usi sta­zionari e in condizioni particola­ri. Una ricerca in corso presso i Sandia National Laboratories ad Albuquerque (USA) ha recente­mente ottenuto un’importante riduzione della temperatura o­perativa, che apre la possibilità a interessanti applicazioni.

Chimica innovativa

Sviluppata dall’equipe diretta da Leo Small, la nuova batteria allo ioduro di sodio fuso funziona a 110 °C, il livello termico più basso finora mai raggiunto. La diminuzione della tempe­ratura comporta non solo una maggiore sicurezza in un più ampio range di applicazioni, ma anche sensibili risparmi sui co­sti per la tipologia dei materia­li utilizzati, la necessità di un isolamento termico contenuto e cablaggi più sottili per collegare le batterie.

Ovviamente anche le reazio­ni chimiche sono differenti. La principale innovazione consiste nell’uso di un catolita – una mi­scela liquida di due sali (ioduro di sodio e una piccola quantità di cloruro di gallio) – e nell’inse­rimento di uno speciale separa­tore ceramico, che consente solo agli ioni di sodio lo spostamento all’interno dei componenti della batteria.

PRIMO PROTOTIPO

La nuova batteria al sodio fuso del Sandia National Laboratories funziona a temperature più basse e utilizza materiali a basso costo. Al suo interno si trovano sodio fuso e una miscela di ioduro di sodio e cloruro di gallio, anch’essa liquida, separati da un disco ceramico. Il prototipo nell’immagine è stato testato per mesi a temperatura controllata, caricandolo e scaricandolo centinaia di volte senza alcun degrado dei componenti chimici.

COME È FATTA

Schema dei componenti delle nuove batterie al sodio fuso, la cui chimica – al contrario delle batterie agli ioni di litio – non comporta alcun pericolo di ignizione o di reazione chimica violenta, neppure nel caso di miscelazione dei sali liquidi né di fiamma agente dall’esterno: i componenti della batteria non sono combustibili.

LA RICERCA CONTINUA

Il team del Sandia National Laboratories di Albuquerque (New Mexico) che ha sviluppato l’innovativa versione delle batterie a sodio fuso: Martha Gross (primo piano), Erik Spoerke (a sinistra) e Leo Small, (secondo piano, a destra). I prossimi passi della ricerca consistono nel perfezionamento del catolita, per ridurre i costi operativi, e per aumentare la velocità di carica e scarica, in modo da renderla ancora più competitiva.