Batterie ioni di sodio sostenibili e a costi contenuti, Comau spiega il progetto in corso

Comau, azienda globale che fornisce soluzioni avanzate di automazione e robotica per diversi settori industriali, è impegnata nello sviluppo di soluzioni ed equipaggiamenti per la produzione su larga scala di celle e batterie e, a livello europeo, è coinvolta in partnership per lo sviluppo e l’espansione dell’industria delle batterie, tra cui la partecipazione alla European Battery Alliance (EBA), alla Batteries European Partnership Association (BEPA), all’alleanza Upcell – European Battery Manufacturing Alliance, e al consorzio Ensemble.

Di recente, Comau ha aderito al progetto SPRINT – parte del programma Horizon Europe – con l’obiettivo di progettare e sviluppare una soluzione di produzione scalabile per batterie sodio-ione quasi-solide.

pv magazine Italia ha intervistato responsabili Battery Innovation di Comau.

Lo scopo del progetto, che ha una durata prevista di 46 mesi, è rivoluzionare lo stoccaggio di energia stazionaria attraverso lo sviluppo di batterie agli ioni di sodio sostenibili e a costi contenuti. Il consorzio ha spiegato che collaborerà anche alla realizzazione di una cella di nuova generazione sicura, destinata a molteplici applicazioni stazionarie: la prima per l’accumulo energetico residenziale, la seconda per sistemi di accumulo su larga scala collegati alla rete elettrica.

Nell’ambito del progetto, Comau è incaricata di condurre uno studio approfondito sui flussi di processo e sulla fattibilità per la scalabilità produttiva della specifica tecnologia, per poi elaborare un piano tecnologico per integrare la tecnologia cellulare sviluppata dal progetto SPRINT nelle linee produttive esistenti di batterie. Il piano includerà una chiara definizione delle nuove attrezzature o delle personalizzazioni necessarie per la produzione industriale delle celle.

La tecnologia selezionata

“Basata su materiali innovativi come NaFePO₄, carbonio duro e elettroliti polimerici quasi solidi, la tecnologia sarà validata con l’obiettivo di immettere sul mercato celle batteria sicure, atossiche, ad alte prestazioni, adatte alla produzione su larga scala e personalizzabili in base alle esigenze degli utenti finali”.
Il consorzio punta a ottenere una significativa riduzione del costo per kilowattora, un aumento della densità energetica, un ciclo di vita più lungo della batteria e una maggiore sicurezza grazie a un design innovativo, privo di perdite e non infiammabile. “Le batterie agli ioni di sodio impiegheranno materiali prontamente disponibili all’interno delle catene di approvvigionamento dell’UE, con l’obiettivo di rafforzare ulteriormente l’autonomia dell’elettrificazione nella regione.

Caratteristiche delle batterie agli ioni di sodio

In merito alle principali differenze tecniche tra le batterie agli ioni di sodio quasi-solide e quelle agli ioni di litio convenzionali, soprattutto in termini di prestazioni per applicazioni stazionarie, Comau ha spiegato che il sodio (Na) offre un grande vantaggio economico e geopolitico. “A differenza del litio, le cui riserve sono limitate e geograficamente concentrate in pochi paesi, il sodio è abbondante e distribuito ovunque. Questa disponibilità riduce la dipendenza da catene di approvvigionamento complesse e rende i costi più stabili. Per lo stoccaggio stazionario, l’obiettivo non è la massima densità energetica — tipica delle applicazioni per veicoli elettrici — ma piuttosto l’affidabilità, la durata e, soprattutto, l’efficienza economica. Le batterie Na-ion eccellono in questo, fornendo un supporto robusto all’infrastruttura energetica primaria”.

L’esperta ha aggiunto che le loro caratteristiche intrinseche riducono il rischio di degradazione e la probabilità di fuga termica (thermal runaway), garantendo una vita operativa più lunga e maggiore sicurezza. “L’adattabilità delle batterie al sodio si estende anche all’uso di diversi tipi di elettroliti — liquidi, semi-solidi o solidi. Questa flessibilità tecnologica non solo rende la produzione più accessibile e scalabile, ma permette anche una diversificazione delle soluzioni ingegneristiche, contribuendo a rendere la tecnologia più matura e diffusa. In definitiva, la scelta del sodio per lo stoccaggio energetico rappresenta un passo cruciale verso un sistema energetico più sicuro e sostenibile, a beneficio di tutti”.

Celle con elettroliti polimerici semi-solidi

“Ogni cambiamento rispetto ad un sistema tradizionale comporta inizialmente delle sfide – afferma Comau. – L’utilizzo di elettroliti polimerici quasi-solidi nella produzione delle celle comporterà delle sfide legate principalmente alla loro manipolazione e all’integrazione di questi nuovi materiali in linee preesistenti. Attualmente nella maggior parte delle celle con tecnologia Li-ion disponibili in commercio come elettrolita viene utilizzata una soluzione liquida, che verrà rimpiazzata con un elettrolita solido o, inizialmente, semi-solido, simile ad un gel polimerico”.

Adattare le macchine sviluppate per processi standard a questi nuovi materiali, spesso difficili da maneggiare, richiede molto studio e innovazione. Oltre alla difficoltà legata alla pura manipolazione, ci sono delle sfide che riguardano l’assemblaggio delle celle, come ad esempio quella legata all’ottenimento di una adesione adeguata e uniforme dell’elettrolita e gli altri elettrodi, e sfide legate allo processabilità di questi materiali, che necessitano ambienti adeguati per essere conservati e utilizzati.

Scale-up e passi futuri

Quali aspetti dei processi produttivi attuali delle batterie al litio non sono direttamente trasferibili alla produzione di batterie al sodio? “In linea generale, ci si aspetta che l’introduzione di tecnologie al sodio non comporterà significativi cambiamenti in termini di processo, con conseguente utilizzo di equipaggiamenti molto simili a quelli usati per il litio ione. Tuttavia, alcune operazioni di retooling e/o revamping potrebbero essere necessarie per far fronte a diversi parametri di processo da gestire, caratteristici dell’introduzione di celle al sodio”, risponde Comau.

Comau ha spiegato che nell’ambito di SPRINT, i partner di progetto si occuperanno di realizzare i primi prototipi di cella e verrà effettuata una ricerca di mercato per capire chi potrebbero essere gli eventuali produttori di celle interessati a procedere con uno scale-up, oltre ai possibili end-user. “Per quanto riguarda lo scale-up, sarà fondamentale capire come i processi e i macchinari attualmente utilizzati nelle linee per la tecnologia Li-ion possano essere modificati e riadattati in modo da poter essere riconvertiti alla tecnologia Sodium-ion”.

Guardando ancora più lontano nel futuro, sono in vista altre chimiche di batterie in futuro? “Così come è accaduto per il progetto Horizon Sprint, l’unione europea stanzia in modo ricorrente fondi per lo sviluppo di nuove tecnologie. Quanto verrà sviluppato in questo progetto, iniziato lo scorso gennaio 2025, verrà usato come linea guida per lo sviluppo delle celle al sodio del futuro, ma verrà anche utilizzato come approccio scientifico, per indagare in maniera simile altre chimiche di cella”.

Le applicazioni

Le batterie agli ioni di sodio risultano particolarmente promettenti per applicazioni in cui la densità energetica non è un parametro critico e decisivo. “Il primo segmento di mercato target – dichiara Comau – è rappresentato dai sistemi di accumulo per applicazioni stazionarie. Le batterie agli ioni di sodio sono infatti ideali per gestire l’energia prodotta da fonti rinnovabili, stabilizzare le reti elettriche e gestire i picchi di consumo in installazioni commerciali e industriali”. La manager aggiunge che un secondo segmento chiave sono i veicoli elettrici a basse prestazioni, come i veicoli a due o tre ruote, le microcar, utilitarie e mezzi per spostamento di merci per brevi tratti, come i transpallet. Altri settori interessati potrebbero essere quelle dell’utensileria, dispositivi medici ed elettronica di consumo.

Riciclo delle batterie

Il fine vita delle batterie agli ioni di sodio è un tema centrale fin dalle prime fasi di progettazione, in quanto la riduzione dell’impatto ambientale è uno dei principali punti di forza di questa chimica. “I vantaggi intrinseci che riguardano il fine vita delle batterie di SPRINT sono l’assenza di materiali critici e tossici, come cobalto e nichel, e l’impiego di elettroliti polimerici quasi-solidi. Questi aspetti riducono notevolmente i rischi e la complessità delle operazioni di riciclo”.
Secondo quanto riferito, i piani di SPRINT mirano a raggiungere una riciclabilità delle batterie sviluppate del 55% e a definire un concept per il riciclo, con l’applicazione di una linea pilota presso uno dei partner per il recupero del 100% dei materiali attivi catodici.

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