Batterie al sale: spiegazione del funzionamento, analisi dei pro e dei contro e dettaglio sulle principali applicazioni

Le batterie al sale rappresentano una soluzione adatta e sicura per alcune applicazioni, come l’accumulo da energie rinnovabili intermittenti.

Esistono molte tecnologie per stoccare energia, ma la batteria al sale è tra le più discusse. Si tratta di batterie ai sali fusi che accumulano energia sotto forma di calore, pertanto si definiscono batterie termiche. Nel vasto panorama di queste batterie, quelle che hanno attirato maggiormente l’attenzione sono quelle a base di nichel e cloruro di sodio, il comune sale da cucina. Cerchiamo di capire insieme come sono strutturate queste batterie, come funzionano e quali sono i pro e i contro di questa tecnologia alternativa al litio.

Qual è la struttura delle batterie al sale?

Le batterie al sale, conosciute anche come batterie ZEBRA, sono state originariamente chiamate “ZEolite Battery Research Africa”. Queste batterie sono composte da diversi elementi. Quando sono cariche, ogni cella è composta da un elettrodo negativo di sodio liquido (detto anodo) e da un elettrodo positivo solido di nichel e cloruro di nichel (detto catodo). Tra i due elettrodi c’è un tubo ceramico chiamato elettrolita ceramico beta-alluminato [β-Al 2 O 3]. Per facilitare il contatto tra l’elettrodo positivo solido e l’elettrolita ceramico, viene utilizzato un elettrolita secondario fuso chiamato tetracloroalluminato (NaAlCl4) vicino all’elettrodo positivo.

Le batterie al sale, in particolare quelle al cloruro di sodio, funzionano a temperature elevate per fondere uno dei loro componenti. Nel caso delle batterie al sale, è necessario superare la temperatura di fusione del sodio (97.8ºC). Inoltre, l’elettrolita ceramico diventa una membrana solida ma conduttrice per il passaggio degli ioni di sodio sopra i 300C. Di conseguenza, queste batterie operano a temperature di circa 270-350C.

Qual è il funzionamento delle batterie al sale?

Durante la fase di carica della batteria, il cloruro di sodio, comune nell’uso quotidiano come sale da cucina, svolge un ruolo chiave nella reazione chimica che avviene all’interno della batteria al nichel. Durante questa fase, il sale viene decomposto in sodio e nichel. Il nichel si combina con il cloro per formare cloruro di nichel, mentre il sodio si libera. Questo processo continua finché la batteria raggiunge la carica completa e tutto il sale è stato consumato. A questo punto, un meccanismo di protezione interrompe il flusso di corrente per evitare danni alla batteria.

Durante la fase di scarica, quando la batteria viene utilizzata per rilasciare energia, si verifica la reazione inversa. Il sodio si ionizza per formare ioni di sodio, che si combinano nuovamente con il cloruro di nichel per ricreare il sale da cucina. Nel frattempo, il nichel presente nel cloruro di nichel viene ridotto a nichel metallico. Questo processo avviene quando la batteria libera l’energia immagazzinata durante la fase di carica. In questo modo, al contrario di quanto si potrebbe pensare, il comune sale da cucina agisce come reagente durante la fase di carica della batteria, mentre diventa un prodotto di reazione durante la fase di scarica.

I vantaggi e gli svantaggi delle batterie al sale: tesi sulle differenze tra aspetti positivi e negativi dell’utilizzo di questo tipo di batterie.

La tecnologia ha portato numerosi vantaggi ma anche alcuni svantaggi. Tra i vantaggi possiamo citare la facilità nel comunicare con persone in ogni parte del mondo, la possibilità di accedere a una vasta quantità di informazioni in tempo reale e la semplificazione di molte attività quotidiane grazie all’automazione.

Tuttavia, la dipendenza e l’eccessivo utilizzo di dispositivi tecnologici possono creare isolamento sociale, ridurre l’attenzione e la concentrazione e determinare un’alterazione dei ritmi circadiani a causa dell’esposizione prolungata alla luce blu emessa dagli schermi.

Inoltre, l’uso smodato di tecnologia può aumentare il rischio di cyberbullismo, frodi online e violazione della privacy. E’ quindi importante usare la tecnologia in modo consapevole, valutando sempre sia gli aspetti positivi che quelli negativi.

Vantaggi

Le batterie al sale sono un’innovazione tecnologica interessante e potenzialmente molto promettente. A differenza delle batterie al piombo o al litio, le batterie al sale offrono diversi vantaggi significativi. Innanzitutto, non sono tossiche per l’uomo, il che le rende una scelta più sicura e sostenibile. Possono durare fino a vent’anni e non richiedono particolare manutenzione, il che le rende molto convenienti. Inoltre, non è presente il rischio di incendio, che è un problema comune con le batterie tradizionali.

Ma forse uno dei vantaggi più interessanti è il fatto che le batterie al sale sono insensibili alle variazioni di temperatura ambiente. Questo significa che mantengono la loro efficienza anche a basse temperature, grazie a un buon isolamento termico che le tiene costantemente calde. Questo rende le batterie al sale adatte per utilizzi in condizioni ambientali diverse, senza preoccupazioni riguardo alla loro efficienza.

Inoltre, le batterie al sale non soffrono dell’effetto memoria, il che significa che la loro efficienza non diminuisce con l’utilizzo prolungato. Questo è dovuto al fatto che operano a temperatura costante ed elevata, utilizzando una parte dell’energia per riscaldarsi. In questo modo, sono in grado di mantenere le loro performance a lungo termine.

In conclusione, le batterie al sale rappresentano una nuova frontiera nel campo delle tecnologie energetiche, offrendo una combinazione unica di sicurezza, durata e robustezza a variazioni ambientali. Sono un’alternativa interessante alle batterie tradizionali e possono contribuire a promuovere un futuro più sostenibile dal punto di vista energetico.

Svantaggi

Questo tipo di batteria presenta delle limitazioni significative. Dopo essere stata completamente scaricata, la batteria ha bisogno di circa 200 ore per raffreddarsi e raggiungere la temperatura ambiente. Una volta scarica e raffreddata, sono necessarie 10-12 ore affinché raggiunga la temperatura interna operativa, che come ricordiamo si attesta tra i 270 e i 350 gradi Celsius, prima di poter essere nuovamente caricata. In conclucion, questo tipo di batteria non è adatta per ricariche veloci o per utilizzi sporadici: se non viene utilizzata con una certa frequenza, si scarica da sola e ha bisogno di parecchio tempo per poter essere riattivata.

Qual è la ragione per cui le batterie non sono così diffuse come le batterie al litio?

Le batterie al sale rappresentano una nuova frontiera nella tecnologia delle batterie. Rispetto alle batterie al litio, ad esempio, non contengono materiali pericolosi o di scarsa reperibilità, e potrebbero trovare impiego in alcune applicazioni quotidiane e ripetitive.

Attualmente, le batterie al sale vengono utilizzate per applicazioni legate alla mobilità elettrica e all’accumulo da fonti rinnovabili intermittenti. In particolare, le dimensioni delle batterie al sale sono paragonabili a quelle delle batterie al litio, con una capacità di 5-10 kWh racchiusa in una “scatola” dalle dimensioni di 50 cm x 56 cm x 32 cm.

Tuttavia, dal punto di vista della produzione e della vendita, il costo delle batterie al sale risulta ancora superiore e manca l’infrastruttura disponibile per le batterie concorrenti al litio. Inoltre, le batterie al sale non sono adatte per l’accumulo saltuario o per applicazioni di piccola taglia, come telefoni e smartphone.

Al momento, diverse imprese e start-up stanno investendo nello sviluppo e nella produzione di batterie al sale. Tra queste troviamo la cinese CATL, l’azienda ticinese FZSoNick e l’italiana AMG Italian Energy Storage. Sono tutte aziende che stanno puntando su questa tecnologia sia per la mobilità che per l’accumulo da fonti rinnovabili, spingendo l’innovazione nella direzione delle batterie al sale.

Quali sono i prodotti che utilizzano le batterie al sale?

Negli ultimi dieci anni abbiamo assistito alla nascita di numerosi progetti volti a produrre, gestire ed utilizzare energia autoprodotta da fonti rinnovabili. Tra questi, particolare attenzione si sta riservando alle batterie al sale, un’innovativa tecnologia che si sta diffondendo sempre di più.

Ad esempio, sul Monte Bianco è stato realizzato il bivacco Gervasutti, dotato di un impianto di accumulo da ben 7.8 kWh alimentato proprio da batterie al sale. Ma non è finita qui: le applicazioni di queste batterie si stanno estendendo anche a moduli abitativi, con accumuli che possono arrivare persino a 19 kWh.

Insomma, le batterie al sale stanno diventando una soluzione sempre più interessante per lo sfruttamento dell’energia autoprodotta da fonti rinnovabili.