Batterie al sodio: La scoperta “umida” che raddoppia la carica e desalinizza l’acqua marina!

Mentre l’Europa discute di transizione energetica e cerca disperatamente alternative al litio – e alla conseguente dipendenza strategica dalla Cina – la soluzione potrebbe arrivare da un “errore” quasi banale. Scienziati dell’Università del Surrey hanno scoperto che un materiale comune per le batterie al sodio funziona molto meglio se… lasciato “bagnato”.

Una modifica che non solo raddoppia la capacità di carica, ma aggiunge una funzione imprevista e incredibilmente utile: la desalinizzazione dell’acqua.

Sfidare il dogma (e vincere)

Il materiale in questione è l’idrato di vanadato di sodio (NVOH), una sostanza nota da tempo. Per anni, la prassi standard nel settore è stata quella di trattarlo termicamente per rimuovere l’acqua naturalmente presente, nella convinzione che causasse problemi e instabilità.

Il team del Surrey, forse sfidando il dogma accademico, ha deciso di fare il contrario: ha lasciato il materiale nel suo stato idratato naturale.

Il risultato, pubblicato sulla rivista scientifica Journal of Materials Chemistry A, è stato “completamente inaspettato”, come ha ammesso il Dr. Daniel Commandeur, ricercatore del progetto.

I vantaggi della batteria “umida” sono stati immediatamente evidenti:

• Doppia Capacità: La batteria immagazzina quasi il doppio della carica rispetto ai modelli tradizionali disidratati, raggiungendo prestazioni simili a quelle dei migliori catodi oggi sul mercato.
• Ricarica Veloce: Il processo di carica è risultato più rapido.
• Stabilità: Il materiale è rimasto stabile per oltre 400 cicli di carica/scarica.

La vera sorpresa: produce acqua dolce

Ma la scoperta più interessante è stata la seconda funzione. Il Dr. Commandeur ha notato che la tecnologia può essere utilizzata anche per desalinizzare l’acqua. Utilizzando acqua salata (che è piena di ioni di sodio, Na+) come elettrolita, il materiale NVOH catturare” selettivamente quegli ioni di sodio dall’acqua, integrandoli nella sua struttura durante il ciclo di carica. Questo “pompa” attivamente il sale (NaCl) fuori dalla soluzione, ottenendo quindi acqua dolce come sottoprodotto del ciclo di carica e scarica.

“Poter usare l’idrato di vanadato di sodio in acqua salata è entusiasmante”, ha dichiarato. “Dimostra che le batterie al sodio-ioni potrebbero fare di più che accumulare energia: potrebbero aiutarci a rimuovere il sale dall’acqua”.

Lo scenario a lungo termine è intrigante: sistemi che utilizzano la comune (e gratuita) acqua di mare come elettrolita, producendo acqua dolce come sottoprodotto del processo di accumulo.

Processo di produzione del VOH idrato

Contesto di Mercato: Sodio vs. Litio (e Cina)

Questa doppia scoperta ha un potenziale dirompente. Attualmente, il mercato dell’accumulo è un quasi-monopolio del litio: le batterie agli ioni di litio alimentano il 70% dei dispositivi ricaricabili, dagli smartphone alle auto elettriche, fino all’accumulo di rete.

Il litio ha ottime prestazioni (alta densità energetica), ma presenta due problemi che l’Occidente sta iniziando a soffrire terribilmente:

1. Geopolitica: Le catene di approvvigionamento, dall’estrazione alla raffinazione, sono saldamente controllate dalla Cina.
2. Sostenibilità: L’estrazione è complessa e idrovora. Per estrarre una tonnellata di litio serve una quantità d’acqua 682 volte superiore rispetto a una tonnellata di sodio.

Il sodio, al confronto, è la scelta del “buon senso”: è economico, abbondante in tutto il mondo e molto più sostenibile.

Gli addetti ai lavori ritengono che le batterie al sodio siano sulla soglia della commercializzazione su larga scala. Non aspettiamoci una sostituzione totale del litio, almeno non subito. Il futuro, realisticamente, non è “litio VS sodio”, ma “litio E sodio”. Sfruttare entrambi i modelli per le loro specifiche peculiarità (il litio per l’alta performance, il sodio per l’accumulo stazionario a basso costo) creerà un settore energetico più versatile e, forse, meno dipendente da Pechino.

Domande e Risposte

1. Perché l’acqua in questa batteria aiuta invece di danneggiare?

Contrariamente alla credenza comune, l’acqua “strutturale” (integrata nel materiale NVOH) agisce come un lubrificante molecolare. Facilita il movimento degli ioni di sodio dentro e fuori il materiale del catodo durante i cicli di carica e scarica. Questo rende il processo non solo più veloce ma anche più stabile, aumentando la capacità totale di accumulo. Invece di degradare la struttura, l’acqua in questo stato idratato la stabilizza, permettendo al materiale di “respirare” meglio gli ioni.

2. Queste batterie al sodio sostituiranno quelle al litio nelle auto elettriche?

È improbabile nel breve termine per le auto ad alte prestazioni. Il litio vanta ancora una densità energetica (energia per kg) superiore, cruciale per garantire lunghe autonomie. Tuttavia, il sodio è perfetto per l’accumulo stazionario (case, reti elettriche), dove il peso non è un problema, ma il costo e la sicurezza sì. Potrebbe però diventare l’opzione preferita per le city car economiche o i veicoli commerciali a corto raggio, abbattendo drasticamente i costi di produzione.

3. Come funziona esattamente la desalinizzazione tramite questa batteria?

Il processo sfrutta la chimica stessa della batteria. Utilizzando acqua salata (che è piena di ioni di sodio, Na+) come elettrolita, il materiale NVOH è progettato per “catturare” selettivamente quegli ioni di sodio dall’acqua, integrandoli nella sua struttura durante il ciclo di carica. Questo “pompa” attivamente il sale (NaCl) fuori dalla soluzione. Sebbene la ricerca sia ancora iniziale, l’idea è di usare il ciclo della batteria per separare gli ioni, ottenendo acqua dolce come potenziale sottoprodotto.

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