• 27 Novembre 2022

Batterie allo stato solido per la prossima generazione di veicoli elettrici

Batteria allo stato solido

Batteria allo stato solido

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Le batterie sono il fulcro dello sviluppo dei veicoli elettrici, è lì che si concentra tutta la ricerca. Le batterie allo stato solido sono probabilmente il futuro dei veicoli elettrici. Ma esistono diverse regole per stabilire quando una svolta tecnologica nel settore automobilistico è reale.

1. Riconosci il nome dell’azienda che parla della svolta, è un’azienda famosa.

2. La svolta non è solo promessa “non appena i finanziamenti / non appena l’approvazione del governo” ma concreta.

3. Altre grandi aziende annunciano progetti simili o partecipano a quello annunciato.

Queste regole sono davvero fondamentali quando si tratta della tecnologia delle batterie. Mentre le auto elettriche sono progredite negli ultimi tre decenni, abbiamo visto una progressione simile nella tecnologia delle batterie. Ma le promesse dei progressi di queste ultime non sono sempre state associate alla realtà.

Nel 1990, GM Impact, progenitore del moderno EV, confezionava batterie al piombo acido collaudate. Poi venne il nichel-metallo-idruro durante la generazione di Prius, seguito da ioni di litio, l’attuale batteria preferita (sebbene sia disponibile in una varietà di prodotti chimici e configurazioni). Ora sembra ci sia una stazione intermedia per la prossima generazione di batterie: lo stato solido.

Cosa sta guidando il cambiamento

I cambi di batteria sono guidati dalla stessa ricerca: costi più bassi, portata maggiore e dimensioni inferiori. Queste esigenze non sono cambiate da oltre 30 anni. La speranza è di rendere l’auto elettrica una scelta economica e funzionale. La verità è che gli ioni di litio funzionano bene in questo momento e continuano a migliorare, offrendo oltre 300 miglia di autonomia in auto come la Tesla Model 3.

I costi sono scesi al punto in cui probabilmente le ibride e alcune ibride plug-in costano quanto il loro corrispettivo a carburante (a parità di prestazioni). Questo è un grande cambiamento nel mondo dei veicoli elettrici, ma non abbastanza.

Cominciamo guardando indietro a come siamo arrivati ​​a questo punto di svolta nel mondo delle auto elettriche.

Come siamo arrivati ​​qui?

La GM Impact del 1990 aveva 32 batterie AC Delco sigillate, da 10 volt, al piombo acido, che correvano per la lunghezza della piccola due posti. Funzionavano ed erano economiche, ma non offrivano molta autonomia. Quando uscì la produzione EV1, iniziò anche con batterie al piombo-acido, ma passò rapidamente alle batterie al nichel-metallo-idruro (NiMH). 

Questa formula, basata sulle comuni batterie ricaricabili al nichel-cadmio (NiCd) presenti in tutti i tipi di apparecchiature elettroniche, ha funzionato bene per le case automobilistiche (e rimane valida per molte batterie ibride oggi). Con NiMH, la densità di energia è aumentata e sono durevoli, resistendo alla ricarica costante.

Anche in quei primi tempi, almeno un grande produttore era pronto a partire con le batterie agli ioni di litio: Nissan. L’Altra EV di Nissan arrivò in piccoli numeri e aveva solo un motore da 62 kilowatt (kW), ma le sue batterie agli ioni di litio Sony offrivano una portata di 120 miglia molto buona per il periodo.

Quella prima applicazione di ioni di litio ha rafforzato la posizione dominante della batteria con pochi moduli: densità energetica significativamente maggiore, peso più leggero, minori scariche automatiche e diversi fattori di forma per un imballaggio più semplice.

Non che non ci siano alcuni inconvenienti per gli ioni di litio. È sensibile alle temperature estreme (qualcosa in comune con molte batterie) e può anche essere soggetta a ciò che l’industria delle batterie ama chiamare “eventi termici”. Il resto del mondo li chiama “incendi”.

Schema della batteria a stato solido di Toyota
Schema della batteria a stato solido di Toyota

Un nuovo percorso verso le batterie allo stato solido

Il prossimo passo, comune all’industria automobilistica e delle batterie, è quello di passare a batterie allo stato solido che dispongono di elettrodi ed elettroliti solidi. La promessa è chiara: un altro passo indietro in termini di costi ed un significativo passo avanti in termini di sicurezza e prestazioni, sono le mosse necessarie per portare i veicoli elettrici alla diffusione di massa.

La prospettiva abbastanza realistica è che Toyota e Panasonic, due giganti nelle rispettive industrie, si uniranno per promuovere lo sviluppo di batterie prismatiche allo stato solido. La Toyota spera di iniziare a metterle su auto prodotte in serie nel prossimo decennio, con produzione aggiuntiva disponibile per altri produttori. 

Data l’entità della produzione prevista, sembra un investimento da molti miliardi di dollari. Per Toyota, queste nuove batterie sono ciò che ritiene necessario per lanciare veicoli elettrici su scala globale. Simile all’approccio a lungo raggio adottato dalla società per lo sviluppo di celle ibride e a combustibile, Toyota ha reso noto che dal 2010 sta facendo ricerche serrate sulle batterie a stato solido.

Il suo obiettivo è una batteria economica, compatta, leggera, con un’autonomia di 800 km entro il 2030.

La densità di energia sarà più del doppio delle migliori batterie agli ioni di litio attuali.Toyota afferma inoltre che la dimensione più compatta delle batterie allo stato solido le renderà meno invadenti.

Ma ci sono altri vantaggi: sono più resistenti termicamente, quindi non avranno bisogno dei complessi sistemi di raffreddamento delle batterie attuali, saranno meno inclini agli incendi e si caricheranno anche più velocemente.

Mentre il gruppo Toyota-Panasonic pone 10 anni come il probabile orizzonte temporale per le batterie allo stato solido, la Volkswagen pensa di poter abbreviare quella linea temporale. 

La gigantesca casa automobilistica tedesca ha collaborato con una startup nata dall’Università di Stanford, QuantumScape. I tedeschi si aspettano che il loro investimento da $ 100 milioni si trasformi in batterie allo stato solido per tutti i veicoli elettrici VW pianificati entro la metà del prossimo decennio, sebbene i volumi iniziali potranno essere bassi.   

BMW prevede di avere batterie allo stato solido nella sua gamma entro il 2025.

Da non trascurare, un’altra grande casa automobilistica, Hyundai, sta lavorando con un’altra startup, Ionic Materials, che sta sviluppando la tecnologia degli elettroliti a polimeri solidi. Il loro sistema consente anche l’eliminazione del cobalto dalle batterie. Ionic prevede che i suoi materiali potrebbero raggiungere un’efficienza energetica superiore del 50% rispetto alle batterie agli ioni di litio, costando meno di $ 100 per chilowattora (KWh).

Poi ci sono i jolly: le startup automobilistiche come Dyson in Inghilterra e Fisker negli Stati Uniti non solo hanno puntato il loro futuro su auto elettriche di nicchia, ma si sono anche impegnate ad essere le prime a portare al pubblico batterie allo stato solido. Entrambe lavorano silenziosamente e affermano che avranno auto con batterie allo stato solido sulla strada entro i prossimi due anni.

Startup a parte, fare squadra sembra il modo migliore di sviluppare questo tipo di tecnologia estremamente costosa, che cambierà le regole del gioco. Quindi, alcune delle più grandi aziende del mondo raccolgono risorse e ingegno per creare ciò che, probabilmente, è il futuro della mobilità sostenibile, ci vorranno solo molto tempo e molto denaro.

Tante parole ma pochi fatti

Prima che qualcuno si ecciti troppo per tutte le attività (finanziarie e tecniche) generate dalle batterie allo stato solido, voglio ricordarvi che nessuno ha ancora prodotto una batteria su scala “automobilistica”, tanto meno l’ha testata su un’auto. Un ulteriore indicatore da notare è che la tecnologia degli ioni di litio attualmente utilizzata, continua a progredire nelle prestazioni riducendo al contempo i costi di produzione.

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La promessa che continuerà a far avanzare l’industria, è l’obiettivo di una batteria competitiva in termini di costi e prestazioni, alla pari del motore a combustione interna : stesso prezzo, stessa autonomia, stessa facilità di rifornimento. 

È un sogno che sembra prendere forma anche grazie allo sviluppo delle batterie allo stato solido.

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valerio sanna

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