Il litio ha un problema di indirizzo: si trova quasi tutto in Australia, Cile, Argentina e Cina, e la sua estrazione porta con sé costi ambientali e geopolitici che l'Europa conosce bene. Il sodio, al contrario, è ovunque — è oltre mille volte più abbondante nella crosta terrestre — ma le batterie che lo usano faticano ancora a competere con il litio su un punto preciso: l'elettrolita, il liquido che permette agli ioni di muoversi tra i due elettrodi, che nelle formulazioni convenzionali resta infiammabile e instabile alle alte temperature. È su questo nodo che lavora da tempo il Laboratorio ACEL di ENEA (Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili), che insieme al Dipartimento di Ingegneria Chimica Materiali Ambiente della Sapienza Università di Roma ha messo a punto un elettrolita ibrido a base di liquidi ionici pensato specificamente per le batterie sodio-ione, con risultati pubblicati sulla rivista scientifica Batteries e ripresi a fine settembre in una nota diffusa dall'agenzia.
TRL 3-4 — Ricerca sperimentale/dimostrazione iniziale: formulazione validata in laboratorio su celle a bottone, con test di conducibilità e stabilità elettrochimica; prototipi da 1 Ah già in prova, prototipi da 10-30 Ah previsti nei prossimi mesi, nessun prodotto commerciale
Impatto potenziale: medio
Il problema: l'elettrolita è l'anello debole delle batterie al sodio
Le batterie sodio-ione condividono con quelle al litio gran parte dell'architettura di cella — un catodo, un anodo, un separatore e un elettrolita liquido che trasporta gli ioni — e proprio per questo ereditano anche uno dei suoi limiti più noti: gli elettroliti organici convenzionali, a base di solventi come i carbonati, sono volatili e infiammabili. In condizioni di sovraccarica, corto circuito o scarsa dissipazione del calore, questo può portare a surriscaldamento, incendio o, nei casi più gravi, esplosione. È un problema di sicurezza che riguarda sia l'accumulo stazionario di grande taglia — dove un guasto può innescare la propagazione dell'incendio tra celle adiacenti — sia i dispositivi di piccola scala, e che finora ha limitato l'uso di molte chimiche di accumulo in ambienti ad alta temperatura o in applicazioni dove la sicurezza intrinseca pesa più della densità energetica.
La strada dei liquidi ionici — sali che restano liquidi a temperatura ambiente, invece di dover essere sciolti in un solvente — è nota da anni come possibile alternativa intrinsecamente più sicura: questi composti non evaporano, non sono infiammabili e tollerano temperature ben oltre i 70°C, una soglia che le batterie commerciali raramente superano senza degradarsi. Il loro limite altrettanto noto è l'elevata viscosità, che frena il movimento degli ioni al loro interno e quindi riduce la conducibilità ionica e l'efficienza di trasporto della carica: un compromesso tra sicurezza e prestazioni che la ricerca ENEA-Sapienza ha cercato di spostare a proprio favore.
La soluzione: un elettrolita ibrido, non un liquido ionico puro
Il lavoro pubblicato su Batteries — a firma di Daniela Ariaudo, Antonio Rinaldi, Rodolfo Araneo, Alessandro Dell'Era e Giovanni Battista Appetecchi, quest'ultimo autore corrispondente — non punta su un liquido ionico puro, ma su una formulazione ibrida che ne mantiene i vantaggi di sicurezza correggendone il difetto di viscosità. Il sistema di base è il liquido ionico EMIFSI (1-etil-3-metilimidazolio bis(fluorosulfonil)immide), al quale i ricercatori hanno aggiunto come sale conduttore l'NaTFSI e come cosolvente organico il diglyme, un etere a basso peso molecolare capace di abbassare la viscosità complessiva della miscela senza comprometterne la stabilità.
Il punto delicato del lavoro è stato trovare il rapporto giusto tra i due componenti: i ricercatori hanno testato concentrazioni di diglyme comprese tra lo 0% e il 90% in frazione molare, scoprendo che tutte le formulazioni con una quota di cosolvente organico pari o superiore al 20% risultavano infiammabili ai test di accensione. Hanno quindi fissato il rapporto finale a EMIFSI:diglyme 8:1, con l'aggiunta di NaTFSI in concentrazione molare di circa il 20%, ottenendo un elettrolita che negli esperimenti non ha mostrato infiammabilità pur beneficiando della maggiore mobilità ionica introdotta dal cosolvente. La scelta dell'anione TFSI non è casuale: secondo la letteratura citata nello studio, questo anione favorisce la formazione di uno strato protettivo sui collettori di corrente in alluminio, un vantaggio che si somma a quello, già noto per le batterie al sodio, di poter usare l'alluminio — più leggero ed economico del rame richiesto dagli anodi al litio — anche sul lato anodico della cella.
I numeri di laboratorio: conducibilità e stabilità alle basse temperature
I test di calorimetria differenziale a scansione mostrano per la miscela ibrida un punto di fusione attorno ai -25°C, più basso sia di quello del liquido ionico puro (circa -14°C) sia — paradossalmente — distante da quello del solo diglyme (circa -65°C), segno che la combinazione dei due componenti modifica in modo non lineare il comportamento termico del sistema. È sulla conducibilità ionica, però, che la formulazione ibrida mostra il guadagno più rilevante: supera 10-3 S/cm già a -15°C, un valore di circa mezzo ordine di grandezza superiore a quello della miscela EMIFSI-NaTFSI senza cosolvente nello stesso intervallo di temperatura, e si mantiene vicino a 10-3 S/cm anche a -20°C. Per confronto, il liquido ionico puro raggiunge una conducibilità praticamente utilizzabile (superiore a 10-4 S/cm) solo a partire da circa -10°C, mentre la miscela binaria EMIFSI-NaTFSI tocca 10-4 S/cm solo a -25°C: la differenza, per un elettrolita pensato anche per l'accumulo stazionario in climi freddi o in applicazioni esposte a escursioni termiche ampie, non è marginale.
Le prove di voltammetria ciclica, condotte a 30°C su un elettrodo di lavoro in carbonio con controelettrodo di sodio, confermano inoltre una buona stabilità elettrochimica: sul lato catodico il sistema non mostra riduzione dell'elettrolita fino a 0,01 V, con l'intercalazione del sodio che avviene in modo reversibile attorno a 0,3 V e un comportamento che resta sovrapponibile fino al centesimo ciclo di prova; sul lato anodico la corrente resta sotto i 2 microampere per centimetro quadrato fino a 4,3 V dopo la prima scansione, un intervallo di tensione compatibile con l'uso di catodi ad alto voltaggio. Gli stessi autori, nelle conclusioni dell'articolo, definiscono però lo studio preliminare: la caratterizzazione riguarda una sola composizione, i test elettrochimici si fermano alla voltammetria ciclica a temperatura ambiente senza cicli di carica-scarica su cella completa, e la composizione dello strato di interfaccia che si forma sull'elettrodo (SEI) resta ancora da verificare.
Dalla provetta al prototipo: la scala industriale passa dall'IPCEI EuBatIn
Il lavoro accademico descrive una sola formulazione testata su cella a bottone, ma ENEA presenta questa ricerca come parte di un percorso più ampio che il Laboratorio ACEL porta avanti da anni sui liquidi ionici: l'istituto ha brevettato un metodo di sintesi scalabile e a basso costo che utilizza l'acqua come unico solvente di processo, riducendone l'impatto ambientale, e con questo approccio ha già sintetizzato oltre 100 liquidi ionici diversi. Sul fronte applicativo, secondo quanto riportato da ENEA, il laboratorio sta oggi testando prototipi di cella da 1 Ah che integrano elettroliti di questa famiglia, e punta — grazie alle infrastrutture rese disponibili dal progetto europeo IPCEI EuBatIn, l'importante iniziativa comunitaria per la filiera europea delle batterie che coinvolge dodici imprese e due centri di ricerca italiani, tra cui ENEA e la Fondazione Bruno Kessler — a realizzare nei prossimi mesi prototipi di scala maggiore, da 10 a 30 Ah. È il passaggio critico, e tipicamente il più lento, di ogni tecnologia di accumulo: dimostrare che una chimica promettente in laboratorio regge anche quando la cella cresce di dimensione e deve affrontare cicli di carica-scarica ripetuti in condizioni operative reali.
Antonio Rinaldi, responsabile del Laboratorio ACEL, rivendica per l'istituto una posizione consolidata su questo fronte: "Enea ha un'esperienza nel settore dei liquidi ionici riconosciuta a livello internazionale", ha dichiarato, sottolineando che "questi materiali offrono grandi vantaggi in termini di sicurezza e stabilità" ma "devono essere ottimizzati per superare il limite della minore mobilità ionica" — la stessa viscosità che il lavoro pubblicato su Batteries ha cercato di correggere con l'aggiunta del cosolvente organico.
Perché il sodio, e dove potrebbe finire questa tecnologia
La scelta del sodio come elemento su cui investire non riguarda solo la sua abbondanza: il suo comportamento elettrochimico è sufficientemente simile a quello del litio da permettere di riutilizzare gran parte del know-how produttivo accumulato sulle batterie al litio, mentre la minore dipendenza da materie prime critiche come cobalto, nichel e rame — oltre al litio stesso — riduce l'esposizione delle filiere europee a mercati concentrati in poche aree del mondo. ENEA indica come applicazioni di destinazione l'accumulo stazionario abbinato alle rinnovabili (impianti BESS), la stabilizzazione delle reti elettriche, le comunità energetiche e le smart grid, oltre a dispositivi portatili e utensili di piccola taglia: segmenti in cui il vantaggio di sicurezza di un elettrolita non infiammabile pesa più della massima densità energetica possibile, che resta tuttora il punto di forza del litio nelle applicazioni mobili dove il peso è un vincolo stringente.
Cosa resta da dimostrare
Tra l'elettrolita caratterizzato su cella a bottone e una batteria pronta per il mercato ci sono ancora diversi passaggi da verificare in modo indipendente. Lo studio pubblicato è, nelle stesse parole degli autori, un lavoro preliminare: manca ancora un ciclo di carica-scarica completo su cella intera, la composizione dell'interfaccia solida che si forma sugli elettrodi non è stata del tutto chiarita, e i dati di infiammabilità richiamati nella nota ENEA non sono riportati in dettaglio nelle conclusioni dell'articolo scientifico. Anche il percorso di scala-up verso i prototipi da 10-30 Ah annunciato da ENEA è, per ora, un obiettivo dichiarato per "i prossimi mesi", non un risultato già raggiunto: la storia recente delle batterie sodio-ione — dai lanci commerciali di celle a ossido di cromo per l'accumulo residenziale ai sistemi sodio di scala industriale già in consegna da parte di alcuni produttori cinesi — mostra che il salto dal laboratorio alla produzione in serie richiede tempi lunghi anche quando la chimica di base è solida.
Perché interessa il settore
Il valore di questa ricerca non sta in un singolo numero di prestazione, ma nel tentativo di risolvere alla radice il compromesso tra sicurezza e conducibilità che da anni frena l'adozione dei liquidi ionici negli elettroliti per batterie: un elettrolita che resta stabile, non infiammabile e sufficientemente conduttivo anche sotto i -20°C amplierebbe le condizioni operative in cui l'accumulo al sodio può sostituire quello al litio, in particolare nei climi freddi e nelle applicazioni stazionarie dove la sicurezza dell'impianto è un requisito non negoziabile. Per l'Italia, inoltre, questo lavoro rappresenta una competenza di ricerca pubblica — sviluppata insieme a un'università italiana e con un brevetto nazionale alla base della sintesi — che si inserisce in un più ampio sforzo europeo, quello dell'IPCEI EuBatIn, per costruire una filiera delle batterie meno dipendente dalle importazioni asiatiche: un obiettivo industriale che richiederà, perché si traduca in prodotti reali, che la ricerca di base come questa trovi partner disposti a finanziarne lo scale-up fino alla produzione di serie.
Il commento di PINET
Per l'Italia, dove la filiera delle batterie resta in gran parte da costruire, una ricerca pubblica che parte dalla chimica degli elettroliti — invece di limitarsi all'assemblaggio di celle prodotte altrove — ha un valore che va oltre il singolo risultato di laboratorio: se il brevetto di sintesi e il know-how sui liquidi ionici troveranno sbocco industriale attraverso l'IPCEI EuBatIn, l'Italia potrebbe presidiare un segmento a monte della catena del valore delle batterie, quello dei materiali, dove oggi la dipendenza dall'Asia è più marcata che nell'assemblaggio finale. Restano però ostacoli concreti: il passaggio dai prototipi da 1 Ah a celle di taglia industriale è storicamente quello in cui molte chimiche promettenti perdono per strada le prestazioni misurate in laboratorio, e la viscosità dei liquidi ionici, pur attenuata dal cosolvente, resta un limite fisico che richiederà ulteriore lavoro di formulazione prima di poter competere sui costi con l'elettrolita convenzionale già maturo delle batterie al litio e al sodio oggi in commercio — come la cella sodio-ione all'ossido di cromo lanciata di recente da AuroraCell per l'accumulo residenziale. Il giudizio, in questa fase, è di interesse scientifico solido ma di impatto industriale ancora da dimostrare: la strada più probabile, se i prossimi test di scala-up confermeranno i dati di laboratorio, è quella di nicchie applicative dove la sicurezza intrinseca conta più del costo per kWh, prima di un eventuale allargamento a mercati più ampi.
Fonti: Ariaudo D. et al., "Hybrid Ionic Liquid–Organic Electrolyte Technologies for Sodium-Ion Batteries", Batteries, 2026, 12(2), 59, con approfondimenti da Teleborsa, "Energia: ENEA studia batterie più sicure e affidabili" e Italpress, "Enea studia batterie di nuova generazione più sicure e affidabili".
