Sistemi di batterie innovativi

Oggi l’energia elettrica viene quasi sempre immagazzinata tramite batterie agli ioni di litio. Tuttavia, in tutto il mondo, i ricercatori stanno sviluppando concetti alternativi che mirano a essere più economici, più efficienti e più rispettosi dell’ambiente. Qui una panoramica.

Se si dovesse cercare un simbolo per rappresentare la transizione energetica, la batteria sarebbe sicuramente la scelta giusta. Essa consente di immagazzinare energia elettrica ed è quindi un componente indispensabile del futuro sistema energetico, che dovrà fare a meno di vettori energetici fossili come petrolio e gas, e basarsi esclusivamente su fonti di energia rinnovabili.

Le batterie possono avere strutture molto diverse tra loro. Dal loro lancio sul mercato all’inizio degli anni ‘90, le batterie agli ioni di litio (LIB) sono diventate leader di mercato e sono oggi considerate la soluzione standard per molti usi. Ci sono ragioni concrete che lo giustificano. Le LIB sono tecnicamente collaudate e mature e possono essere prodotte in grandi quantità in tutto il mondo. Il loro principale vantaggio è però l’elevata densità energetica, solitamente compresa tra 200 e 250 wattora per chilogrammo. Ciò significa che è possibile immagazzinare molta energia con una massa e un volume relativamente ridotti. Questo è un criterio importante soprattutto per le applicazioni in cui lo spazio è limitato e non è possibile aggiungere peso, come ad esempio negli smartphone, nei laptop e nelle auto elettriche.

Nonostante il successo delle LIB, si continua a ricercare con impegno delle alternative, poiché dal punto di vista tecnico presentano alcuni punti deboli: tempi di ricarica elevati, dipendenza dalla temperatura e capacità di accumulo che diminuisce nel tempo. Inoltre, i materiali utilizzati sono in parte molto rari e il loro smaltimento può avere un impatto ambientale significativo. È quindi necessario sviluppare modelli di batterie più efficienti e rispettosi dell’ambiente che non siano (troppo) costosi o addirittura più economici. Esaminiamo tre di questi modelli alternativi.

Batterie agli ioni di sodio: materie prime disponibili

La struttura della batteria agli ioni di sodio (nota anche come batteria ad acqua salata) è molto simile a quella della batteria LIB. La differenza principale risiede nei materiali utilizzati: invece del litio e di altre risorse piuttosto rare, il concetto si basa principalmente sul sodio, un elemento presente in grandi quantità in tutto il mondo e che può essere ricavato, ad esempio, dall’acqua di mare. Ciò consente di ridurre i costi e l’impatto ambientale. Le batterie agli ioni di sodio sono inoltre meno infiammabili delle LIB e meno sensibili alla temperatura. Il grande svantaggio è la minore densità energetica: a parità di peso, è in grado di immagazzinare meno energia elettrica.

Ciononostante, sono soprattutto i grandi produttori cinesi di batterie a investire con determinazione in questa tecnologia. Nel 2024, CATL ha avviato la produzione in serie di una batteria agli ioni di sodio con il marchio «Naxtra». Il concorrente BYD sta invece costruendo una «gigafactory» per la produzione di tali batterie. Mentre queste batterie sono destinate principalmente all’uso nei veicoli elettrici, esistono già sistemi di accumulo stazionari più grandi basati sulla stessa tecnologia. Sempre in Cina, nel 2024 è stato messo in funzione un sistema di accumulo agli ioni di sodio con una capacità totale di 10 megawattora, che sarà gradualmente ampliato fino a 100 megawattora.

Le batterie al sale sono particolarmente sicure

Il principio fondamentale della batteria al sale (da non confondere con la batteria ad acqua salata o la batteria agli ioni di sodio) è la separazione del cloruro di sodio (sale da cucina) durante la ricarica. Poiché i processi di carica e scarica richiedono tempi relativamente lunghi, la batteria al sale è indicata principalmente per applicazioni che non richiedono tempi rapidi. È adatta, ad esempio, negli edifici residenziali e commerciali dotati di un impianto fotovoltaico, dove può immagazzinare temporaneamente l’energia solare in eccesso.

La batteria al sale presenta anche il vantaggio che i materiali necessari sono notevolmente più ecologici rispetto alle LIB e sono biodegradabili in diverse regioni del mondo. Solo il nichel è leggermente meno diffuso, ma è comunque molto più comune del litio e del cobalto utilizzati in altre tipologie di batterie. La batteria al sale non è infiammabile e non può esplodere, il che la rende adatta all’uso in luoghi sensibili dal punto di vista della sicurezza.

La batteria al sale è una tecnologia di accumulo collaudata e consolidata per determinate applicazioni. Ad esempio, da alcuni anni Migros gestisce a Schlieren una grande batteria al sale che le permette di utilizzare l’energia solare autoprodotta anche di notte. Tuttavia, c’è un potenziale di ottimizzazione, ad esempio per rendere la produzione delle celle più rapida e meno dispendiosa in termini energetici. In Svizzera, l’Empa sta conducendo un progetto di ricerca per valutare l’impiego della tecnologia laser nella produzione di celle.

Le batterie allo stato solido hanno una maggiore capacità

Un’ulteriore alternativa è rappresentata dalla batteria allo stato solido. Rispetto a molti altri modelli, da cui deriva il nome, questa tipologia di batteria utilizza un elettrolita solido. A differenza degli elettroliti liquidi, che sono infiammabili, questo non è pericoloso e garantisce quindi una maggiore sicurezza. Il vantaggio principale, tuttavia, è che consente di utilizzare materiali anodici più potenti che aumentano la densità energetica della batteria. Rispetto alle batterie agli ioni di litio, si ottiene fino al 30% in più di capacità di accumulo. La batteria allo stato solido è quindi particolarmente interessante per le auto elettriche, che devono garantire la massima autonomia possibile.

Oltre ai numerosi vantaggi potenziali, le batterie allo stato solido necessitano ancora di ulteriori ricerche prima di poter essere prodotte in serie. Inoltre, non sono ancora disponibili le capacità produttive come per le LIB. Per il momento, quindi, le batterie allo stato solido rimangono l’alternativa più costosa. Tuttavia, diverse aziende sembrano credere nel loro successo. Mercedes-Benz, ad esempio, ha lanciato all’inizio del 2025 una prima auto elettrica di prova equipaggiata con una batteria allo stato solido sviluppata internamente. Anche altri produttori automobilistici come Volkswagen, Ford e BMW stanno perseguendo piani in questa direzione, così come i produttori cinesi di batterie.

Conclusione: stanno emergendo delle alternative

Non è prevedibile che i concetti di batteria presentati o altri approcci sostituiscano completamente le batterie agli ioni di litio. La loro tecnologia è consolidata e vi sono robuste catene di fornitura e grandi capacità produttive. Tuttavia, nei prossimi anni i sistemi di batterie alternativi dovrebbero conquistare quote di mercato sempre più ampie. Si profila la possibilità che per determinate applicazioni saranno disponibili tipi di batterie più economici, più efficienti e/o più ecologici rispetto alle LIB: una prospettiva positiva per l’ambiente e per i consumatori.