Blog

Jan 13, 2024

Sarà solido

Decenni di duro lavoro sono stati dedicati al miglioramento della tecnologia delle batterie agli ioni di litio (li-ion). Anche se le prestazioni sono migliorate e i costi stanno diminuendo, i progressi non sono riusciti a eliminare l’ansia da autonomia.

Decenni di duro lavoro sono stati dedicati al miglioramento della tecnologia delle batterie agli ioni di litio (li-ion). Anche se le prestazioni sono migliorate e i costi stanno diminuendo, i progressi non sono riusciti a eliminare l’ansia da autonomia. Le batterie allo stato solido saranno in grado di farlo?

Particolarmente diffusa tra i conducenti di “nuovi” veicoli elettrici (EV), l’ansia da autonomia è un problema con molte cause. Questi includono l’evidente mancanza di infrastrutture di ricarica pubbliche e le prestazioni deludenti dell’attuale tecnologia delle batterie agli ioni di litio. Anche il prezzo è un fattore: perché passare all’elettrico se ciò comporta ansia da autonomia e un prezzo di adesivo più alto?

Secondo l’International Energy Association, la media globale per un nuovo veicolo elettrico a batteria nel 2021 è stata di poco superiore a 36.000 dollari, in calo del 7% rispetto al 2020. Il prezzo per un nuovo veicolo elettrico ibrido plug-in (PHEV) è rimasto stabile a 51.000 dollari. Nonostante l’afflusso di modelli cinesi di veicoli elettrici a basso prezzo, si prevede che il prezzo medio ponderato per il volume (VWAP) dei veicoli elettrici sarà di circa 52.800 dollari per l’intero 2023, afferma Statista.

Gran parte del prezzo di un veicolo elettrico è dovuto alla batteria. Una tecnologia diversa potrebbe offrire miglioramenti sia nel prezzo che nella gamma? Cue batterie allo stato solido (SSB) e le loro cugine, batterie semi-solide (SSSB).

Una batteria al litio è costituita da un catodo e un anodo, separati da un elettrolita liquido, che consente agli elettroni di attraversarlo, consentendo così la generazione di energia per i veicoli elettrici. Rispetto alle batterie agli ioni di litio, una SSB utilizza un elettrolita solido, che svolge anche il ruolo di separatore. Gli SSB offrono una migliore stabilità con una struttura solida e una sicurezza molto migliore grazie al mantenimento della loro forma anche se danneggiati. Le SSB presentano differenze fondamentali rispetto alle batterie agli ioni di litio:

Fonte: FlashBattery

Anche il ciclo di vita degli SSB è molto più lungo, con alcuni SSB che mostrano il potenziale di sostenere il 90% della capacità dopo 5.000 cicli, secondo Topspeed (per gli ioni di litio convenzionali, la durata di vita è tra 2.000 e 3.000 cicli, ma il litio-ferro le batterie al fosfato, LiFePO4 o LFP, portano questo valore fino a 4.000).

Secondo John B. Goodenough, co-sviluppatore della tecnologia delle batterie agli ioni di litio, e la ricercatrice Maria H. Braga, le "batterie in vetro allo stato solido" possono offrire tre volte la densità di energia utilizzando un anodo di metallo alcalino (litio, sodio o potassio) e un ciclo di vita più lungo. Inoltre, un SSB che utilizza elettroliti di vetro può funzionare a temperature fino a -20°C.

Utilizzati in vari dispositivi come orologi intelligenti e pacemaker, gli SSB hanno richiesto un processo approfondito per essere pronti per il settore dei veicoli elettrici. Gli SSB hanno un’importanza inevitabile per i veicoli elettrici, pronti ad aprire una nuova era nel settore. Ancora più importante, l’emergere degli SSB segnerà la fine definitiva dei motori a combustione interna (ICE), che dovrebbero diventare inutilizzabili quando le batterie agli ioni di litio e SSB saranno ampiamente adattate, prevedibilmente all’inizio degli anni ’30.

Le SSB aumenteranno in modo significativo l’autonomia dei veicoli elettrici, offrendo il doppio del chilometraggio con quasi la metà del prezzo rispetto alle batterie agli ioni di litio. Con molti OEM interessati alla tecnologia, secondo Toyota si prevede che l’autonomia media di un veicolo elettrico raggiungerà i 1.000-1.200 km e sarà in grado di ricaricarsi in soli 10 minuti.

Non sorprende che quasi tutte le principali case automobilistiche siano interessate alle batterie di nuova generazione, e alcune stanno già lavorando pesantemente sulle SSB.

Il prototipo SSB di Toyota. Fonte: Toyota

Insieme alle SSB, da tempo è stata sviluppata la tecnologia delle batterie allo stato semisolido, guidata da M24. Una batteria semisolida ha un elettrodo con elettrolita liquido e uno senza. Le batterie semisolide piccole, stabili e più sicure hanno anche una maggiore densità di energia e sono più economiche delle batterie agli ioni di litio. Dai droni ai dispositivi indossabili intelligenti, le batterie allo stato semisolido offrono un’ampia gamma di ambiti di utilizzo, compresi i veicoli elettrici.

Nel 2015, 24M ha annunciato un nuovo design di celle di batteria al litio semisolido che ridurrebbe i costi di circa il 50%. Quattro anni dopo, 24M ha raccontato la tecnologia Dual Electrolyte, presentata come un livello di miglioramento da aggiungere a LFP per lo stoccaggio e alle batterie NMC per applicazioni di mobilità. Nel 2022, 24M ha dichiarato di aver semplificato il design delle batterie agli ioni di litio, riducendo la necessità di materiali inattivi fino all'80%, i costi del 40% e fornendo celle agli ioni di litio con una densità di energia compresa tra 400-500 Wh/kg, realizzate appositamente per l'industria aeronautica. La soluzione di 24M si riferisce ad altri mercati, compresi i veicoli elettrici e lo stoccaggio dell'energia.