Batterie auto elettriche: come saranno quelle del futuro?

Nuove chimiche cercasi

L'avanzata della transizione all'elettrico al momento conferma le previsioni di 125 milioni di vetture a zero emissioni in circolazione al mondo nel 2030, con il mercato cinese a trainare la corsa; l'evoluzione delle batterie è la sfida fondamentale, per arrivare a soluzioni che assicurino maggiore autonomia e tempi di ricarica più ridotti, affiancando al litio nuove componenti che consentano prestazioni inimmaginabili fino a pochi anni fa. Un po' come accadeva nel mondo dei computer, o più di recente tra gli smartphone: l'evoluzione tecnologica delle batterie avviene quasi day by day.

Si punta allo stato solido

Molti costruttori hanno deciso di scommettere sulle batterie a stato solido, accumulatori di nuova generazione che, nel giro di qualche anno, potrebbero rendere possibile la ricarica delle auto elettriche in una manciata di minuti.

Quelle oggi utilizzate, per le auto elettriche e ibride, a parte le dimensioni, sono batterie del tutto analoghe a quelle presenti all'interno dei nostri smartphone: elementi agli ioni di litio, che utilizzano un materiale liquido chiamato elettrolito per trasmettere l'energia elettrica dall'elettrodo negativo (anodo) al positivo (catodo).

Come anticipa il nome, nelle batterie a stato solido l'elettrolito è, appunto, solido: tale soluzione assicura vantaggi in termini di gestione delle temperature, eliminando l'effetto di surriscaldamento tipico delle batterie agli ioni di litio, che nelle fasi di scarica e ricarica a causa del calore generato possono innescare reazioni chimiche potenzialmente pericolose. 

La miglior gestione del calore consente poi di avere batterie, a parità di dimensioni, più dense dal punto di vista energetico e che sopportano potenze di ricarica maggiori, arrivando quindi ad ottenere i risultati prefissi, ovvero maggior autonomia e tempi di carica ridotti.

Grafene e ioni di ossigeno

Alla ricerca di un'alternativa ai sistemi finora impiegati, si sta puntando in particolare sul grafene, che pare garantire la qualità necessaria per rendere disponibili, nell'arco di un paio di stagioni, accumulatori grandi la metà degli attuali, più potenti e con tempi di ricarica potenziali di soli quindici minuti.

Ma non si tratta dell'unica strada seguita: in Austria, un team della TU Wien University ha realizzato una batteria agli ioni di ossigeno, sulla carta destinata a rivoluzionare i sistemi elettrici in tutto il mondo: già definita (con una certa presunzione, forse) la “batteria per sempre”, la sua tecnologia si basa sulla ceramica invece che sui minerali delle terre rare ed ha la caratteristica di ricaricarsi utilizzando l’ossigeno dell’atmosfera; rispetto alle batterie al litio, che hanno un numero limitato di cicli di ricarica, inoltre, non va riciclata e conserva una capacità di carica costante anche in condizioni climatiche rigide e estreme.

I materiali utilizzati dal team TU Wien possono assorbire e rilasciare ioni di ossigeno a doppia carica negativa: quando si applica una tensione elettrica, gli ioni dell’ossigeno migrano da un materiale ceramico all’altro, ed il loro movimento genera corrente elettrica.

Inoltre, essendo la ceramica non infiammabile, sono esclusi i pericolosi fenomeni di incendio che si verificano con le batterie agli ioni di litio, mentre il mancato ricorso agli elementi rari, oltre ad incidere positivamente sul costo della batteria, rende un bel servizio all'ambiente, visto che non c'è bisogno di estrarli dal sottosuolo.

Le prossime frontiere

Svolt, azienda che fa parte del gruppo Great Wall Motors, con la Dragon Armor punta ad offrire alle vetture più autonomia e maggiore sicurezza e la sua nuova batteria sarà proposta in tre versioni: per quella con celle LFP (litio-ferro-fosfato), è annunciata un'autonomia di oltre 800 km; il modello con celle LMFP (litio-manganese-ferro-fosfato) arriverebbe ad oltre 900 km, mentre quella più sofisticata, con  celle NCM (nichel-cobalto-manganese), sarebbe in grado di superare la barriera dei 1.000 km di percorrenza, oltre ad avere capacità di ricarica rapida 4C (quattro volte la capacità, come dire che una batteria da 50 kWh si ricarica a 200 kW). Le batterie Dragon Armor sono state progettate riducendo di circa il 20% il numero delle componenti strutturali, con un risparmio importante di peso; inoltre, sono dotate di un più avanzato sistema di raffreddamento che migliora l'efficienza termica del 70%, mentre sul fronte della sicurezza, Svolt ha sviluppato un sistema che evita i rischi del "thermal runaway", ovvero l'instabilità termica che determina il pericoloso propagarsi delle alte temperature tra celle adiacenti quando una di queste va "fuori controllo".

Ancora, StoreDot sta testando le XFC, batterie che promettono di avere una ricaricare per 160 km in cinque minuti, mentre di recente i riflettori si sono accesi sulla startup Sila, che ha annunciato la prossima disponibilità del suo sistema Titan Silicon sviluppato sull'anodo di NCS (silicio nanocomposito) ad alte prestazioni, capace rispetto alla grafite di immagazzinare fino a dieci volte più energia a parità di spazio, maggior efficienza dei tempi di ricarica, riduzione fino al 15% del peso della batteria e aumento del 20% della densità energetica. Una tecnologia molto sofisticata, cui guarda con interesse Mercedes, che ha stretto un accordo con la società californiana per assicurarsene la fornitura e che recenti anticipazioni hanno indicato pronta a debuttare sui modelli elettrificati di alta gamma del costruttore tedesco, già a partire dalla EQG annunciata in arrivo nei primi mesi del 2024.