Le superbatterie trasformeranno le prestazioni dei veicoli elettrici

Alla domanda su cosa desiderano di più da un’auto elettrica, molti automobilisti elencano tre cose: una lunga autonomia, un breve tempo di ricarica e un prezzo competitivo con un veicolo con equipaggiamenti simili ma con motore a combustione interna. Per raggiungere questi obiettivi, le case automobilistiche hanno cercato modi per sostituire le tradizionali batterie agli ioni di litio (Li-ion) che alimentano la maggior parte dei moderni veicoli elettrici (EV) con versioni “a stato solido” più avanzate. Questi nuovi tipi di superbatterie promettono da tempo una ricarica più rapida e un’autonomia molto maggiore. Finalmente, dopo anni di problemi tecnici, gli sforzi per realizzarle stanno dando i loro frutti, con le prime batterie agli ioni di litio a stato solido che entreranno in produzione entro i prossimi anni.

Toyota, la più grande casa automobilistica del mondo, ha iniziato a studiare le batterie allo stato solido nel 2012. Nel corso degli anni ha anche intenzione di mostrare prototipi funzionanti, anche se ne sono apparsi pochi. L’azienda ha recentemente annunciato di aver fatto una “svolta tecnologica”, tuttavia, con l’intenzione di iniziare a produrre una batteria a stato solido già nel 2027. Toyota afferma che la sua nuova batteria fornirà a un veicolo elettrico un’autonomia di circa 1.200 km (746 miglia). , che è circa il doppio rispetto a molti modelli esistenti, e si ricarica in una decina di minuti.

Elettrizzante

Toyota non è sola. Dati prestazionali simili vengono pubblicizzati da altri produttori che sviluppano batterie agli ioni di litio a stato solido. Nissan, ad esempio, sta costruendo un impianto pilota a Yokohama che inizierà a produrre versioni di prova il prossimo anno. Un impianto simile è progettato in Germania dalla BMW in collaborazione con Solid Power, uno sviluppatore di batterie con sede in Colorado. QuantumScape, una startup della Silicon Valley, ha iniziato a spedire prototipi di batterie allo stato solido a Volkswagen, il suo principale sostenitore.

Forse non sorprende che lo sviluppo di una batteria a stato solido abbia richiesto così tanto tempo. Far funzionare un nuovo tipo di batteria in un laboratorio è una cosa, ma espanderlo in modo che se ne possano produrre milioni in una fabbrica è un’impresa difficile. Sebbene siano state inventate alla fine degli anni '70, le batterie agli ioni di litio non furono completamente commercializzate fino all'inizio degli anni '90, dapprima per dispositivi elettronici portatili, come computer portatili e telefoni cellulari, e poi come versioni più grandi che potevano essere utilizzate per alimentare un nuova generazione di veicoli elettrici.

Le auto elettriche esistono fin dagli albori dell’automobilismo. In effetti, Clara Ford preferiva di gran lunga la sua Detroit Electric del 1914 ai veicoli a benzina realizzati da suo marito Henry. Ma questi primi veicoli elettrici, e altri apparsi negli anni successivi, erano in gran parte alimentati da dozzine di pesanti batterie al piombo, che erano costose, fornivano un’autonomia limitata e spesso procedevano in modo pigro. Leggera e in grado di immagazzinare una grande carica, la batteria agli ioni di litio ha ridotto i costi e aumentato l’autonomia (vedi grafico 1), consentendo l’inizio sul serio dell’elettrificazione dei trasporti. Le batterie agli ioni di litio a stato solido potrebbero portare a un’altra trasformazione.

Le case automobilistiche erano originariamente attratte dalle celle a stato solido per migliorare la sicurezza perché, per quanto potenti, le tradizionali celle agli ioni di litio comportano un rischio. Questo perché contengono un elettrolita liquido che è tipicamente costituito da solventi organici e questi sono estremamente infiammabili. Pertanto, se una batteria agli ioni di litio viene danneggiata, cosa che può accadere in un incidente, o se si surriscalda durante la ricarica, può esplodere e prendere fuoco. L'uso di un elettrolita solido e non infiammabile impedisce ciò. Gli elettroliti solidi possono essere costituiti da una varietà di sostanze chimiche, inclusi polimeri e ceramiche. Ma anche la Toyota, maestra della produzione di massa, inizialmente trovò difficile far funzionare in modo efficiente le celle a stato solido per un lungo periodo di tempo.

Di per sé, un elettrolita solido non migliora necessariamente le prestazioni di una batteria. Ma consente, ad esempio, di riprogettare una batteria agli ioni di litio in modo che possa essere resa ancora più piccola e leggera, e quindi racchiudere più energia in meno spazio. Consente inoltre agli ingegneri di ampliare la gamma di materiali che possono utilizzare per produrre una batteria agli ioni di litio e di modificarne il funzionamento.