La batteria è il cuore pulsante dell’auto elettrica. Dal suo sviluppo in termini di migliori prestazioni, affidabilità, sicurezza si gioca molto del futuro degli Electric Vehicle.
Oggi la tecnologia dominante è quella agli ioni di litio, su cui si lavora per approntare soluzioni sempre più avanzate. Tuttavia, solo poche arrivano alla produzione industriale. A rilevarlo è la ricerca “Advanced Li-ion & Beyond Li-ion Batteries 2018-2028”, svolta dalla IDTechEx, società di ricerca di consulenza indipendente inglese.
Lo studio IDTechEx intende illustrare lo stato dell’arte e le prospettive dell’energy storage con un’analisi dettagliata delle batterie agli ioni di litio avanzate e delle tecnologie alternative.
«Le batterie Li-Ion costituiscono la tecnologia che si è imposta come “dominant design” nel campo dei dispositivi elettronici e nei prossimi anni in quello dei veicoli elettrici di massa – spiega il Senior Technology Analyst Lorenzo Grande, autore della ricerca – Le ragioni alla base sono diverse».
Innanzitutto, i processi di manifattura coniati dal mondo delle VHS. Secondo: la scoperta della grafite come anodo affidabile e reversibile. Terzo fattore: il boom di smartphone e altri dispositivi elettronici ad alto consumo di energia. La tecnologia Li-Ion è al momento l’unica in grado di garantire un giorno o più di carica ai nostri telefonini, senza dover sacrificare la loro portabilità e le loro dimensioni. Lo stesso discorso vale per le auto elettriche, dove ogni chilo extra riduce la distanza percorribile.
Nel campo dell’accumulo di energia stazionario, invece, esistono molti validi contender, dato che peso e volume non giocano un ruolo altrettanto importante. Alcune tecnologie di accumulo energetico come le batterie redox-flow, altri tentativi come le batterie zinco-aria ricaricabili, così come super condensatori e celle a combustibile possono offrire un minore total cost of ownership delle Li-Ion, grazie alluso di materiali più economici e meglio distribuiti sulla crosta terrestre.
Le batterie agli ioni di litio, infatti, richiedono elementi poco diffusi come per l’appunto il litio, ma anche nichel, cobalto, e la grafite. Cobalto e grafite in particolare sono quasi esclusivamente estratti nella Repubblica Democratica del Congo e in Cina, rispettivamente.
L’uso di elettroliti a stato solido può permettere, in teoria, la produzione di batterie più sicure e meno infiammabili. Al momento sono utilizzati elettroliti liquidi a base di carbonati ciclici e lineari, così come sali di conduzione fluorurati. Questo comporta che, se scaldati al di sopra dei 60 °C, possono dare avvio a reazioni avverse con la possibile combustione dell’intera batteria.
Per questo motivo da decenni vengono portati avanti studi sulla sostituzione degli elettroliti liquidi con materiali polimerici o inorganici. I primi sono già commerciali e possono essere trovati in batterie come quelle prodotte da Bolloré in Francia per le proprie minicar elettriche; i secondo sono oggetto di molti studi e abbiamo assistito negli ultimi tre anni a grossi passi in avanti. Tuttavia alcuni problemi di base come la loro produzione e integrazione all’interno dei processi esistenti sono ancora parzialmente irrisolti.
Il report IDTechEx copre le maggiori innovazioni nel campo dei materiali per batterie agli ioni di litio, come gli anodi in silicio, catodi ad alto voltaggio, e i principali elettroliti solidi inorganici. Allo stesso tempo, vengono analizzate le principali alternative come le batterie sodio-ione, litio-zolfo, litio-aria, supercondensatori, batterie redox flow, e così via, paragonate al riferimento Li-Ion in base al loro livello di maturità tecnologica.
Molte delle realtà più promettenti si trovano nella East e West Coast americane. Specialmente vanno menzionate SolidEnergy Systems, Enevate, Natron Energy, e Solid Power in Colorado. In Europa e in Asia è difficile ritrovare lo stesso terreno fertile per aziende medio-piccole, motivo per cui di solito sono le grandi imprese a portare avanti progetti di R&D avanzati. In questo senso, BMW si è distinta negli ultimi anni per il fortissimo focus sull’elettrificazione del proprio parco macchine.
Questo è l’obiettivo che si sono poste grandi economie pianificate come quella cinese. In Cina i futuri sussidi saranno erogati soltanto a quelle aziende in grado di produrre batterie ad altra densità di energia, lasciando in sostanza al proprio destino quelle che non innovano. L’obiettivo è far scendere il prezzo al di sotto dei 100 dollari per kWh e raggiungere un’energia specifica superiore ai 250 Wh/kg (Wattora per chilogrammo).
