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          Una svolta nell’accumulo di energia? La nuova batteria agli ioni di sodio di Northvolt

          Circular Economy Enablers

          Scritto da: Rahul Bhushan

          Pubblicato da: 5 December 2023

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          Punti chiave

          Lo sviluppo della batteria agli ioni di sodio di Northvolt segna una svolta nell’accumulo di energia, offrendo una promettente alternativa alle batterie agli ioni di litio.

          Le batterie agli ioni di sodio presentano diversi vantaggi, tra cui una maggiore sicurezza, economicità, sostenibilità e resistenza alle fluttuazioni dei prezzi dei minerali critici.

          Nonostante le sfide da affrontare, le batterie agli ioni di sodio hanno un potenziale significativo di mitigare i problemi di sostenibilità e ridurre la dipendenza da materiali scarsi.

          Il recente annuncio di Northvolt riguardo lo sviluppo di una batteria agli ioni di sodio ha potenzialmente aperto un nuovo capitolo nel campo della tecnologia delle batterie. Questa innovazione della start up industriale svedese non è solo un progresso tecnologico, ma rappresenta un potenziale cambiamento di paradigma nell’approccio all’accumulo di energia.

          Le batterie agli ioni di sodio possono infatti rappresentare un’alternativa alle tradizionali celle agli ioni di litio, e per questo il risultato ottenuto da Northvolt nel creare una cella agli ioni di sodio con una densità energetica simile a quella delle celle al litio e fosfato di ferro (LFP) è una pietra miliare significativa.1 Le celle LFP sono ampiamente utilizzate nei veicoli elettrici (EV), compresi modelli popolari come Tesla Model 3 e Model S. Il vantaggio principale delle batterie al sodio risiede nella loro composizione, perché non contengono litio, cobalto e nichel, metalli attualmente fondamentali per la produzione di batterie, ma che sono soggetti a problemi di approvvigionamento, di prezzo e di sostenibilità.

          La scoperta ha anche una grande importanza strategica, soprattutto se si considera l’attuale panorama geopolitico ed economico. L’UE sta cercando seriamente di ridurre la sua dipendenza da fornitori esterni per i minerali critici. Poiché la Cina controlla una parte sostanziale della catena di approvvigionamento globale delle batterie agli ioni di litio e dei relativi minerali critici, la spinta dell’Europa verso lo sviluppo di tecnologie alternative è assolutamente necessaria.
          Uno degli aspetti chiave della nuova chimica delle batterie Northvolt è che si basa su un catodo a base di bianco di Prussia, che è la forma completamente ridotta e sodiata del pigmento noto come blu di Prussia.2 Questa scelta di materiale non solo evita materiali come il litio, il nichel, il cobalto e la grafite, sfruttando un’innovazione nella progettazione e nella produzione delle batterie, ma contribuisce anche a rendere le batterie più sicure e resistenti dal punto di vista termico.

          Prussian White-based cathode, Prussian blue

          I vantaggi principali

          Le batterie agli ioni di sodio di Northvolt promettono diversi vantaggi. Sono considerate più sicure, economiche e sostenibili rispetto alle tecnologie di batteria convenzionali. Sono anche meno vulnerabili alla volatilità dei prezzi nel mercato globale dei minerali critici. Inoltre, l’uso di materiali come il ferro e il sodio, abbondanti e ampiamente disponibili, aumenta l’attrattiva di questa tecnologia. Infine, sono particolarmente adatte a soluzioni di accumulo di energia in condizioni climatiche molto diverse, il che le rende ideali per regioni come il Medio Oriente, l’Africa e l’India.3 Queste batterie funzionano in modo efficiente tanto alle alte e quanto alle basse temperature, una caratteristica cruciale per le aree con condizioni climatiche estreme.

          L’iniziativa di Northvolt si allinea anche a più ampi obiettivi di sostenibilità. Sviluppando una tecnologia che utilizza materiali meno dannosi per l’ambiente, la batteria può contribuire allo sforzo globale per mitigare il cambiamento climatico.

          L’insediamento della produzione di batterie agli ioni di sodio in Europa può portare a un maggiore controllo sui processi produttivi, ridurre la necessità di importazioni e promuovere un’economia locale per i flussi di risorse. Questo è perfettamente in linea con gli obiettivi del Green Deal europeo,4 che mira a un’Europa più sostenibile e autosufficiente, e con il Piano d’azione dell’UE per l’economia circolare.

          Ostacoli critici

          Tuttavia, se da un lato questa innovazione è molto promettente, dall’altro non possiamo ignorare le sfide che le batterie agli ioni di sodio devono affrontare, in particolare per quanto riguarda i costi, la densità energetica e la scalabilità. Una delle sfide principali per le batterie agli ioni di sodio è il raggiungimento di una densità energetica competitiva rispetto alle batterie agli ioni di litio. Sebbene Northvolt abbia sviluppato una cella agli ioni di sodio con una densità energetica simile a quella delle celle LFP, è ancora lontana dalla densità energetica delle celle agli ioni di litio più avanzate utilizzate nei veicoli elettrici. Le batterie agli ioni di litio per le auto elettriche, infatti, possono raggiungere densità energetiche di 250-300Wh per kg, mentre le celle agli ioni di sodio attualmente raggiungono picchi di circa 160Wh per kg. Questa differenza è fondamentale nelle applicazioni in cui lo spazio e il peso sono fattori limitanti.5

          Il costo è un altro fattore significativo. I costi di produzione e dei materiali delle batterie agli ioni di sodio devono essere competitivi rispetto a quelli delle batterie agli ioni di litio per poter essere adottati su larga scala. Sebbene il sodio e il ferro, i materiali primari di queste batterie, siano più economici e più abbondanti del litio, del cobalto e del nichel, i costi di produzione complessivi dipendono anche dal processo di fabbricazione, dalla scala di produzione e dai perfezionamenti tecnologici. L’affermazione di Northvolt secondo cui le batterie agli ioni di sodio potrebbero essere più economiche di circa un quarto rispetto a quelle al litio utilizzate per l’accumulo di energia è promettente, ma questo vantaggio di costo deve essere realizzato su scala.

          Proprio la scalabilità è la terza sfida principale. Lo sviluppo di una nuova tecnologia di batterie dalla scala di laboratorio alla produzione di massa comporta numerosi ostacoli tecnici, logistici e finanziari. L’infrastruttura del settore, costruita principalmente intorno alla tecnologia agli ioni di litio, necessita di notevoli adeguamenti per adattarsi alla produzione di batterie agli ioni di sodio. Sebbene Northvolt sia pronta a stabilire una capacità produttiva per le celle agli ioni di sodio, la tempistica per scalare la produzione in modo da soddisfare la domanda globale è un fattore cruciale.

          Infine, le prestazioni delle batterie agli ioni di sodio in condizioni reali e per periodi prolungati devono ancora essere valutate appieno, il che sarà fondamentale per ottenere la fiducia dei consumatori e dell’industria.

           

           

          batteries

          Conclusioni

          L’innovazione di Northvolt nella tecnologia delle batterie agli ioni di sodio rappresenta un salto significativo verso un accumulo di energia più sostenibile, in linea con i principi dell’economia circolare grazie all’utilizzo di materiali abbondanti e riciclabili. Questa innovazione promette benefici ambientali e una minore dipendenza da minerali scarsi. Tuttavia, per sfruttare appieno il suo potenziale, è necessario affrontare le sfide legate alla densità energetica, all’efficienza dei costi e alla scalabilità. L’industria deve adattarsi per incorporare la tecnologia degli ioni di sodio e le sue prestazioni in condizioni reali devono ancora essere valutate a fondo. In ultima analisi, lo sviluppo di Northvolt potrebbe annunciare un cambiamento trasformativo nella tecnologia delle batterie, favorendo un panorama energetico più sostenibile, efficiente e resiliente.

          References

          1

          Financial Times, “Northvolt in new sodium-ion battery breakthrough”, November 2023. Available at: https://www.ft.com/content/826fb9bb-b27f-4c68-ad4b-a54ad74713c9

          2

          The Engineer, “Northvolt claims sodium-ion battery density of 160Wh/kg”, November 2023. Available at: https://www.theengineer.co.uk/content/news/northvolt-claims-sodium-ion-battery-density-of-160whkg/

          3

          Northvolt, “Northvolt develops state-of-the-art sodium-ion battery validated at 160 Wh/kg”, November 2023. Available at: https://northvolt.com/articles/northvolt-sodium-ion/

          4

          Consilium, “European Green Deal”, 2023. Available at: https://www.consilium.europa.eu/en/policies/green-deal/

          5

          Northvolt, “Northvolt develops state-of-the-art sodium-ion battery validated at 160 Wh/kg”, November 2023. Available at: https://northvolt.com/articles/northvolt-sodium-ion/

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