NFPP polyanionic cells: the second generation of Heiwit sodium-ion batteries

Sodium-ion batteries are not a single technology. The same name encompasses very different cathode chemistries, with varying characteristics in terms of lifespan, safety and performance in cold conditions. The first generation of Heiwit systems uses a cathode made of layered transition metal oxides (N/A_xTMO₂The second generation, which goes on sale from November 2026, adopts a cathode polyanionic NFPP.

This article explains what changes on an electrochemical level and what can be gained from a stationary storage system, complete with qualification data for the new cells.

What does “polyanionic” mean”

In a layered oxide cathode, sodium ions move between transition metal oxide planes stacked on top of each other. It is an efficient structure — it packs a lot of energy — but the planes expand and contract with each charge and discharge cycle, and over time they lose order. This is the mechanism that limits the service life of this family of cells.

In a polyanionic cathode, sodium instead moves inside a rigid three-dimensional lattice, held together by phosphate and pyrophosphate groups bound to iron. The abbreviation NFPP stands for sodium iron pyrophosphate phosphate, Na₄Faith₃(PO₄)₂(P₂O₇): a scaffold that deforms very little when sodium goes in and out.

The consequence is a precise compromise, and it is worth stating it clearly because it is the heart of the choice:

The polyanionic framework stores less energy per kilogram of a layered oxide, but returns it for many more cycles, with greater thermal stability and better performance at extreme temperatures.

It is a general property of the polyanionic cathode family, not a single manufacturer's data: lattice rigidity costs mass, and that mass does not take part in energy storage.

For an electric car it would be an unfavourable trade-off: weight matters there. For a stationary storage system leaned against a wall or in a technical room, where no one lifts the battery and you still want it working in twenty years’ time, it is the right trade-off.

The rest of the cell remains unchanged

It is worth clarifying what not change, because it is the reason why the process is industrially manageable. The anode remains in hard carbon, hard non-graphitising carbon, the same as the first generation. The operating principle is identical. The manufacturing process is too: cathode, anode and electrolyte are swapped on the same line, without redesigning the plant.

One particular feature that sodium carries over from both chemistries deserves a note: unlike lithium, which requires a copper current collector at the anode, in sodium cells both manifolds can be made of aluminium. It is not just a question of the cost of the raw material. It is what makes it possible to discharge the cell completely down to zero volts in order to store and transport it safely, without damaging it — something that a lithium cell cannot tolerate.

The figures, side by side

The table compares NFPP cells with the benchmark chemical types in the energy storage market. The values for lead-acid, LFP and NMC/NCA are typical ranges; the NFPP values are the qualification data declared for the cells used by Heiwit.

Two lines deserve careful reading.

La energy density It sits below that of lithium iron phosphate: 100–120 Wh/kg. For the same installed capacity, a polyanionic sodium system is bulkier and heavier than an LFP one. For fixed domestic or commercial storage, this translates into a few centimetres and a few kilos extra, not a usage limitation — but it is right to know beforehand, not afterwards.

I cycles are declared in 9,000 at the discharge depth of the 95%. This condition must be considered alongside the figure, as it is what makes the data comparable: many technical data sheets state the number of cycles at lower depths of discharge, where the figure naturally increases. Nine thousand cycles at a DoD of 95% means that the cell is designed to be discharged almost completely every day, which is exactly how a storage system paired with a photovoltaic installation works: it charges during the day and discharges in the evening. At one cycle per day, that equates to more than twenty years of service.

Cold weather behaviour

It is the most visible difference compared to lithium iron phosphate, and the easiest to verify in the field.

In the descending temperature discharge test — charging at 3.5 V with 0.5P power, 10 minutes rest, then discharging at the test temperature — the NFPP cell retains the 95.041 TP16T capacity at −20 °C. A reference LFP cell, in the same test, stops at 67,8%.

In practical terms: on a January morning at −10 °C in an unheated plant room, an LFP battery delivers a significantly reduced fraction of its rated capacity, precisely on the days when solar panels produce less and the storage system is needed most. The gap widens as the temperature drops: at −40 °C, the polyanionic chemistry remains above 85%, whilst LFP and NMC have no usable capacity.

Current, power and heat

The rising current discharge test — charging at 0.5C, rest, then discharging at 1C, 2C and 4C, voltage window 1.5–3.5 V — highlights the second structural advantage.

At 4°C, the polyanionic cell delivers almost all of its capacity and heats up by 15.5 °C; the LFP cell delivers 83% of its capacity and heats up by 22.1 °C. Less heat generated for the same current means a system that is better able to protect itself, even before the BMS or ventilation kicks in.

The measured round-trip energy efficiency is 97% at a 0.25P rate. On a domestic storage system that cycles every day, every single point of efficiency is energy that is not lost as heat during every single cycle, for the entire lifespan of the system.

The safety tests

The cells have been qualified in accordance with the test standards for stationary energy storage systems. We report the tests and the outcome as shown in the reports.

Vale la pena descrivere due prove per esteso, perché “supera il test del chiodo” senza le condizioni non vuol dire niente.

Nella penetrazione con chiodo la cella è a 25 °C e completamente carica. Un ago d’acciaio da 5 mm di diametro la attraversa nel centro geometrico a 25 ± 5 mm/s e vi resta dentro, cortocircuitando gli strati per un’ora di osservazione. Il requisito è nessun incendio e nessuna esplosione.

Nel controllo termico la cella, carica, viene riscaldata mentre la si carica a corrente costante 1C, finché non va in fuga termica, o finché non raggiunge i 300 °C, o finché non passano quattro ore. Anche qui il requisito è nessun incendio, nessuna esplosione, nessuna rottura.

Sul piano delle certificazioni, le celle dispongono di rapporti IEC 62619 (sicurezza delle celle secondarie per applicazioni industriali), UL 9540A (propagazione della fuga termica nei sistemi di accumulo), UN 38.3 (idoneità al trasporto), RoHS e schede di sicurezza dei materiali, oltre alle certificazioni per il trasporto marittimo e aereo.

Costruzione della cella

Le celle prismatiche adottano un processo di impilamento (stacking) invece dell’avvolgimento: gli elettrodi sono sovrapposti a strati piani anziché arrotolati. Ne derivano un utilizzo dello spazio migliore, un’impedenza interna più bassa e una generazione di calore inferiore a parità di corrente.

Le celle cilindriche adottano invece un progetto tab-less, senza linguette di collegamento: l’intero bordo dell’elettrodo fa da collettore. L’effetto è una resistenza interna molto bassa e una dissipazione termica distribuita, tanto che questa costruzione regge impulsi di scarica fino a 50C.

Che cosa cambia per chi ha già una batteria Heiwit

Nulla cambia. I sistemi a ossidi stratificati oggi in vendita e già installati mantengono le prestazioni e la garanzia con cui sono stati acquistati, restano assistiti e continuano a funzionare con lo stesso inverter, la stessa app e lo stesso BMS. Sono una tecnologia matura e collaudata sul campo, e le celle che montano hanno le specifiche dichiarate nelle rispettive schede tecniche.

Le celle NFPP entreranno nei sistemi di nuova produzione da novembre 2026, a esaurimento delle scorte attuali. Chi acquista oggi non sta comprando un prodotto in uscita: sta comprando la generazione in servizio, con la sua garanzia e il suo storico di installazioni.

Insights

Tre aspetti di questa chimica meritano una trattazione a parte, con i rispettivi protocolli e dati di prova:

• Sodium-ion cell safety: what the evidence really says — penetrazione con chiodo, sovraccarico, schiacciamento, controllo termico fino a 300 °C, con i protocolli per esteso e la differenza fra qualifica di cella e qualifica di sistema.
• Batterie al sodio alle basse temperature — il 95,04% di capacità a −20 °C contro il 67,8% di una cella LFP, e la spiegazione elettrochimica del divario.
• Densità energetica contro durata — perché i watt-ora per chilogrammo contano poco in un accumulo fermo, e quale parametro guardare al loro posto.

Frequently asked questions

Che cosa vuol dire NFPP?

È l’acronimo di sodium iron pyrophosphate phosphate, fosfato-pirofosfato di sodio e ferro, formula Na₄Faith₃(PO₄)₂(P₂O₇). Indica il materiale del catodo, cioè l’elettrodo positivo della cella.

Le celle polianioniche sono migliori degli ossidi stratificati?

Sono più adatte all’accumulo stazionario, non migliori in assoluto. Il reticolo polianionico privilegia stabilità e durata, quello a ossidi stratificati privilegia l’energia specifica. In un’applicazione dove il peso e il volume sono critici — la mobilità, per esempio — la scelta corretta sarebbe l’opposta.

Che cosa vuol dire “9.000 cicli a DoD 95%”?

Che la cella è qualificata per 9.000 cicli completi di carica e scarica utilizzando il 95% della capacità nominale a ogni ciclo. La profondità di scarica va sempre letta insieme al numero di cicli: a profondità inferiori il conteggio dei cicli sale, quindi due valori dichiarati a condizioni diverse non sono confrontabili.

Perché la densità energetica è più bassa?

Perché il reticolo polianionico dedica parte della propria massa ai gruppi fosfato e pirofosfato che lo tengono rigido. Quella rigidità è ciò che produce la durata e la stabilità termica: è il prezzo strutturale del vantaggio.

Serve un inverter diverso?

No. Il principio di funzionamento e la finestra di tensione di lavoro restano compatibili con l’elettronica di sistema già in uso.