La domanda di litio è destinata a crollare con le nuove batterie al sodio‑ione?

Superare il litio‑ione

Le batterie sono progressivamente diventate l’innovazione tecnologica chiave del decennio, così come i decenni precedenti sono stati plasmati dall’ascesa del PC o di Internet.

Ciò è dovuto al fatto che i progressi nella tecnologia delle batterie stanno guidando non solo la rivoluzione dei veicoli elettrici, ma si sono rivelati anche la limitazione cruciale per la decarbonizzazione della rete elettrica, a causa dell’intermittenza delle fonti rinnovabili.

Batterie ultra‑dense e/o economiche saranno inoltre cruciali per elettrificare e decarbonizzare i settori dell’economia ad alto consumo energetico, come l’industria pesante (chimica, metallurgia, manifattura) e i trasporti (camion, navi, aerei).

Finora, ciò è stato realizzato con varianti di batterie al litio, sia litio‑ione (lithium‑nickel‑manganese NMC e lithium‑nickel‑cobalt‑aluminum NCA) sia batterie al fosfato di ferro‑litio (LFP). È stata una tecnologia trasformativa che ha giustamente concesso ai suoi inventori il Premio Nobel per la Chimica 2019 (segui il collegamento per la storia dell’invenzione delle batterie al litio‑ione).

Fino ad ora, si prevedeva che queste batterie continuassero a dominare il mercato delle batterie, grazie alla loro estremamente alta densità energetica.

Fonte: S&P Global

In seguito, le batterie allo stato solido sono considerate come un possibile passo successivo per aumentare ulteriormente la densità delle batterie e utilizzare anche molto litio, vedi “5 Best Solid-State Battery Stocks to Watch or Buy”.

Tuttavia, il litio non è l’unico ione utilizzabile nelle batterie. Il sodio, molto più abbondante e più economico, base del sale da cucina, è anch’esso un candidato.

Il problema è che finora le batterie al sodio‑ione hanno una densità energetica più bassa, perciò sono relegate a veicoli elettrici a basso prezzo/bassa autonomia o a batterie stazionarie su scala di utilità.

Ciò potrebbe cambiare, grazie all’invenzione di batterie al sodio‑ione che utilizzano il catodo TAQ. È stato il risultato di ricercatori del MIT e del Brookhaven National Laboratory, che hanno pubblicato i loro risultati sul Journal of the American Chemical Society, con il titolo “High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode”¹.

Fonte: Princeton University

Catodo TAQ

Abbiamo precedentemente riportato sul catodo TAQ in “Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ?”.

TAQ, o bis-tetraaminobenzochinone, è un composto organico solido a strati.

In questa ricerca del 2024, i ricercatori hanno scoperto che TAQ non solo aveva potenziale come materiale per supercondensatori, ma superava il catodo al litio tradizionale.

Fonte: GreenCarCongress

Hanno scoperto come migliorare l’adesione di TAQ al collettore di corrente in acciaio inossidabile del catodo, migliorando la stabilità del nuovo prototipo di catodo proof‑of‑concept.

Aggiungendo materiali contenenti cellulosa e gomma al TAQ, hanno ottenuto in sicurezza più di 2.000 cicli di carica‑scarica. La densità energetica era anche più alta rispetto ai catodi a base di cobalto, e la ricarica richiedeva meno di 6 minuti.

Nel 2024, abbiamo menzionato il potenziale per altre chimiche di batterie di utilizzare anche TAQ:

Vale anche la pena notare che i catodi organici sono stati discussi anche per altri tipi di batterie, ad esempio per batterie al aluminio‑ione, sodio/potassio‑ione, zinco, o batterie a doppio ione a base di calcio. Quindi, è possibile che la scoperta delle proprietà di TAQ possa essere applicata ad altri tipi di batterie oltre al litio‑ione.

Ed è esattamente quello che il team di ricerca ha fatto, creando una batteria al sodio‑ione a densità energetica ultra‑alta.

Batteria al sodio‑ione TAQ

Perché il sodio?

Il motivo per cui i ricercatori hanno scelto il sodio per il passo successivo della loro ricerca è la grande abbondanza del materiale.

“È sempre meglio avere un portafoglio diversificato per questi materiali. Il sodio è letteralmente ovunque. Per noi, puntare a batterie realizzate con risorse davvero abbondanti come la materia organica e l’acqua di mare è uno dei nostri più grandi sogni di ricerca.

Essere in prima linea nello sviluppo di un catodo o di una batteria al sodio‑ione davvero sostenibile ed economica è davvero entusiasmante.”

Mircea Dincă – Professore di Chimica at MIT.

C’è anche una motivazione commerciale poiché questo studio, così come lo studio iniziale del 2024 su TAQ, è stato finanziato da Automobili Lamborghini S.p.A. Materiali più economici e una tecnologia di batterie non dipendente da una catena di approvvigionamento dominata dalla Cina potrebbero essere una salvezza per un’industria automobilistica europea leggermente in difficoltà, che è indietro per quanto riguarda l’elettrificazione.

Adattare il catodo TAQ alle batterie al sodio

Per farlo funzionare con il sodio, i ricercatori hanno dovuto modificare il loro design per soddisfare i requisiti delle batterie al sodio‑ione.

Una sfida era creare un elettrodo omogeneo contenente sia TAQ sia carbonio.

“Il legante che abbiamo scelto, i nanotubi di carbonio, facilita la miscelazione dei cristalliti di TAQ e delle particelle di carbonio nero, portando a un elettrodo omogeneo. I nanotubi di carbonio avvolgono strettamente i cristalliti di TAQ e li interconnettono.

Entrambi questi fattori favoriscono il trasporto di elettroni all’interno del volume dell’elettrodo, consentendo un utilizzo quasi del 100% del materiale attivo, il che porta a una capacità quasi teorica massima.

Dr. Tianyang Chen – Ricercatore MIT

Fonte: Princeton University

Alte prestazioni

Questa capacità estremamente alta raggiunta su un prototipo potrebbe rapidamente tradursi in batterie molto efficienti, soprattutto per quanto riguarda il tempo di ricarica, una limitazione comune dei veicoli elettrici, e le lamentele dei consumatori.

“L’uso dei nanotubi di carbonio migliora notevolmente le prestazioni di velocità della batteria, il che significa che la batteria può immagazzinare la stessa quantità di energia in un tempo di ricarica molto più breve, o può immagazzinare molta più energia nello stesso tempo di ricarica.”

Dr. Tianyang Chen – Ricercatore MIT

Ciò è stato ottenuto mantenendo i vantaggi di TAQ, ovvero la stabilità all’aria e all’umidità, la lunga durata, la capacità di resistere a temperature elevate e la sostenibilità ambientale.

Il prodotto finale ha avuto una densità energetica del catodo di 472 Wh/kg elettrodo quando si carica/scarica in 90 s e una potenza specifica massima di 31,6 kW/kg elettrodo.

Per riferimento, questo è abbastanza vicino alla densità dei catodi a strati commerciali a base di Ni/Co (∼740 Wh/kg‑catodo) citata in una pubblicazione scientifica del 2024.

Sviluppi futuri e potenziale commerciale

Nel complesso, è probabile che le batterie al litio‑ione di fascia alta e, successivamente, le batterie allo stato solido continueranno a dominare il mercato dei veicoli elettrici di fascia alta.

Tuttavia, per segmenti più sensibili al prezzo come i veicoli elettrici di fascia bassa e media, i camion commerciali, lo stoccaggio di utilità, ecc., altri fattori saranno probabilmente più importanti, come il costo complessivo, la disponibilità delle risorse, la durabilità, ecc.

Ciò potrebbe porre un limite alla domanda di litio, poiché il sodio sta sempre più diventando un’alternativa valida, grazie a materiali catodici innovativi come TAQ.

Altri miglioramenti potrebbero contribuire, ad esempio, eliminando completamente la necessità di un anodo (l’altra estremità della batteria), come abbiamo discusso a luglio 2024 in \”Anode-Free Sodium Solid-State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’.”

Fonte: University Of Chicago

Questo non è ancora stato testato e probabilmente richiederà qualche aggiustamento, ma possiamo facilmente immaginare a lungo termine che la maggior parte dei veicoli elettrici e dei camion commerciali non avrà bisogno di batterie massicce con autonomia di 1.000‑2.000 miglia basate sulla migliore batteria al litio allo stato solido possibile.

Invece, una futura batteria al sodio senza anodo, con catodo TAQ, forse allo stato solido, forse al sodio‑ione, sarà sufficiente per raggiungere una capacità di autonomia di 400‑600 miglia a un prezzo migliore.

Oltre all’innovazione chimica, il design strutturale può anche migliorare le batterie, come la struttura a nido d’ape utilizzata nella batteria “condensed state” di CATL, il più grande produttore di batterie al mondo. Forse un’idea simile potrebbe essere applicata anche alle batterie al sodio‑ione. (vedi ulteriori informazioni in \”CATL (300750.SZ): The Battery Juggernaut”).

Investire in tecnologie avanzate per le batterie

Le batterie sono al centro della tendenza dell’elettrificazione, essa stessa un’impresa multimiliardaria che mira a rimuovere i combustibili fossili dalle nostre fonti di energia.

Puoi investire in società legate alle batterie tramite molti broker, e qui, su securities.io, trovi le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli USA, Canada, Australia, Regno Unito, e molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere società specifiche del settore batterie, puoi anche considerare gli ETF sulle batterie come Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), il Lithium & Battery Tech ETF (LIT) di Global X, o il WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), che offrirà un’esposizione più diversificata per capitalizzare sulla crescita dell’industria delle batterie.

Azienda di catodi organici

Volkswagen AG

La ricerca del Prof. Mircea Dincă sul catodo TAQ, sia nel 2024 (litio‑ione) che nel 2025 (sodio‑ione), è stata finanziata da Automobili Lamborghini S.p.A., una controllata di Audi, a sua volta di proprietà del gruppo Volkswagen.

È stata depositata una domanda di brevetto per la tecnologia del catodo organico.

Il costruttore tedesco è il secondo produttore di auto al mondo, dietro solo a Toyota. L’azienda è stata, per un periodo, indietro nella tecnologia dei veicoli elettrici ma ha lavorato duramente per recuperare, in particolare con la serie di auto ID e diversi modelli ibridi.

Fonte: Volkswagen

• Un investimento di 700 M$ in Xpeng cinese per aumentare le vendite di veicoli elettrici in Cina.
• Una partnership con SAIC Motor cinese per fornire piattaforme EV a Volkswagen.
• Una partnership con Jetta Motor per acquisire tecnologia EV.
• Una partnership da 492 M$ con Magna per rivitalizzare il marchio iconico Scout come veicolo elettrico

Scout cars – Fonte: Volkswagen

Con i suoi ambiziosi piani riguardo ai veicoli elettrici e l’accesso a tecnologie EV avanzate da aziende cinesi leader, Volkswagen è in una buona posizione per esaminare la tecnologia brevettata del catodo organico del MIT e lavorare al suo impiego su larga scala nei suoi futuri veicoli elettrici.

Potrebbe, tuttavia, nel frattempo, concentrarsi prima sugli ibridi e mantenere le auto a combustione interna più a lungo del previsto per “mantenere la flessibilità”.

Puoi leggere di più su Volkswagen e la sua strategia EV, inclusa la risoluzione dei problemi software tramite un accordo con Rivian, e l’unificazione dell’architettura EV in tutto il gruppo Volkswagen e i suoi marchi in “Volkswagen Closing German Factory? What’s Next for the Troubled Automaker?”.

Riferimento allo studio:

^{1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). Batterie al sodio‑ione ad alta energia e alta potenza da un catodo organico a strati. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}