La tecnologia delle batterie per veicoli elettrici che vale la pena pubblicizzare, secondo gli esperti

Questa storia è stata originariamente pubblicata da Wired.

Hai visto i titoli: Questa svolta nel campo delle batterie cambierà per sempre il veicolo elettrico. E poi… silenzio. Ti dirigi allo showroom locale e le auto sembrano tutte uguali.

WIRED si è infastidito per questo fenomeno. Quindi abbiamo parlato con esperti di tecnologia delle batterie su cosa sta realmente accadendo nelle batterie dei veicoli elettrici. Quali tecnologie sono qui? Quale sarà, probabilmente, ma non lo è ancora, quindi non trattenere il respiro? Cosa probabilmente non arriverà presto?

“È facile entusiasmarsi per queste cose, perché le batterie sono così complesse”, afferma Pranav Jaswani, analista tecnologico presso IDTechEx, una società di market intelligence. “Molte piccole cose avranno un effetto così grande.” Ecco perché così tante aziende, comprese le case automobilistiche, i loro fornitori e i produttori di batterie, stanno sperimentando così tante piccole parti della batteria. Scambiando un materiale conduttore elettrico con un altro, l’autonomia della batteria di un veicolo elettrico potrebbe aumentare di 50 miglia. Riorganizzando il modo in cui vengono assemblati i pacchi batteria, una casa automobilistica potrebbe ridurre i costi di produzione abbastanza da dare ai consumatori una pausa nel lotto di vendita.

Tuttavia, dicono gli esperti, può volerci molto tempo per apportare anche piccole modifiche alle auto di produzione, a volte 10 anni o più. “Ovviamente, vogliamo assicurarci che qualunque cosa mettiamo in un veicolo elettrico funzioni bene e soddisfi gli standard di sicurezza”, afferma Evelina Stoikou, che guida il team dedicato alla tecnologia delle batterie e alla catena di fornitura presso BloombergNEF, una società di ricerca. Garantire ciò significa che gli scienziati presentano nuove idee e i fornitori capiscono come realizzarle; le case automobilistiche, a loro volta, testano rigorosamente ogni iterazione. Nel frattempo tutti si pongono la domanda più importante: questo miglioramento ha senso dal punto di vista finanziario?

Quindi è logico che non tutte le scoperte in laboratorio arrivino alla strada. Ecco quelli che contano davvero e quelli che non hanno avuto successo, almeno finora.

Sta succedendo davvero

Le grandi scoperte nel campo delle batterie hanno tutte qualcosa in comune: sono legate alla batteria agli ioni di litio. Esistono altre caratteristiche chimiche delle batterie, ne parleremo più avanti, ma nel prossimo decennio sarà difficile raggiungere la forma dominante delle batterie. “Gli ioni di litio sono già molto maturi”, afferma Stoikou. Molti giocatori hanno investito grandi somme nella tecnologia, quindi “qualsiasi nuova tecnologia dovrà competere con lo status quo”.

Litio Ferro Fosfato

Perché è emozionante: Le batterie LFP utilizzano ferro e fosfato invece del nichel e del cobalto, più costosi e difficili da reperire, che si trovano nelle tradizionali batterie agli ioni di litio. Sono anche più stabili e si degradano più lentamente dopo molteplici ricariche. Il risultato: le batterie LFP possono contribuire a ridurre i costi di produzione di un veicolo elettrico, un dato particolarmente importante mentre le elettriche occidentali faticano a competere, in termini di costi, con le tradizionali auto a gas. Le batterie LFP sono già comuni in Cina e nei prossimi anni diventeranno sempre più popolari nei veicoli elettrici europei e americani.

Perché è difficile: LFP ha una densità di energia inferiore rispetto alle alternative, il che significa che non è possibile caricare la stessa quantità di carica o autonomia in ciascuna batteria.

Più nichel

Perché è emozionante: L’aumento del contenuto di nichel nelle batterie al litio-nichel-manganese-cobalto aumenta la densità di energia, il che significa una maggiore autonomia in un pacco batteria senza dimensioni o peso maggiori. Inoltre, più nichel può significare meno cobalto, un metallo costoso ed eticamente discutibile da ottenere.

Perché è difficile: Le batterie con un contenuto di nichel più elevato sono potenzialmente meno stabili, il che significa che comportano un rischio maggiore di rotture o incendi di tipo termico. Ciò significa che i produttori di batterie che sperimentano diversi contenuti di nichel devono dedicare più tempo ed energie all’attenta progettazione dei loro prodotti. Quella pignoleria in più significa più spese. Per questo motivo, aspettatevi di vedere un maggiore utilizzo di nichel nelle batterie dei veicoli elettrici di fascia alta.

Processo con elettrodo secco

Perché è emozionante: Solitamente, gli elettrodi delle batterie vengono realizzati mescolando materiali in un impasto di solvente, che viene poi applicato su un foglio metallico di collettore di corrente, essiccato e pressato. Il processo dell’elettrodo secco riduce i solventi miscelando i materiali sotto forma di polvere secca prima dell’applicazione e della laminazione. Meno solventi significa meno preoccupazioni per l’ambiente, la salute e la sicurezza. Inoltre, l’eliminazione del processo di essiccazione può far risparmiare tempo di produzione e aumentare l’efficienza, riducendo al contempo l’ingombro fisico necessario per produrre le batterie. Tutto ciò può portare a una produzione più economica, “che dovrebbe arrivare a produrre un’auto più economica”, afferma Jaswani. Tesla ha già incorporato un processo con anodo secco nella produzione delle batterie. (L’anodo è l’elettrodo negativo che immagazzina gli ioni di litio mentre la batteria è in carica.) LG e Samsung SGI stanno anche lavorando su linee di produzione pilota.

Perché è difficile: L’uso delle polveri secche può essere tecnicamente più complicato.

Da cellula a pacco

Perché è emozionante: Nella batteria standard del veicolo elettrico, le singole celle della batteria vengono raggruppate in moduli, che vengono poi assemblati in pacchi. Non così nel caso cell-to-pack, che inserisce le cellule direttamente nella struttura del pacco senza il passaggio del modulo centrale. Ciò consente ai produttori di batterie di inserirne più batterie nello stesso spazio e può portare a circa 50 miglia aggiuntive di autonomia e velocità massime più elevate, afferma Jaswani. Riduce inoltre i costi di produzione, un risparmio che può essere trasferito all’acquirente dell’auto. Le grandi case automobilistiche tra cui Tesla e BYD, oltre al colosso cinese delle batterie CATL, stanno già utilizzando la tecnologia.

Perché è difficile: Senza moduli, può essere più difficile controllare la fuga termica e mantenere la struttura del pacco batteria. Inoltre, la modalità cella-pacco rende molto più difficile la sostituzione di una cella difettosa, il che significa che piccoli difetti possono richiedere l’apertura o addirittura la sostituzione dell’intero pacco.

Anodi di silicio

Perché è emozionante: Le batterie agli ioni di litio hanno anodi di grafite. L’aggiunta di silicio al mix, tuttavia, potrebbe avere enormi vantaggi: maggiore accumulo di energia (che significa autonomia più lunga) e ricarica più rapida, potenzialmente fino a 6-10 minuti per ricaricare. Tesla mescola già un po’ di silicio nei suoi anodi di grafite e altre case automobilistiche, Mercedes-Benz e General Motors, affermano che si stanno avvicinando alla produzione di massa.

Perché è difficile: Il silicio legato al litio si espande e si contrae durante il ciclo di carica e scarica, il che può causare stress meccanico e persino fratture. Nel corso del tempo, ciò può portare a perdite di capacità della batteria più drammatiche. Per ora, è più probabile trovare anodi di silicio in batterie più piccole, come quelle dei telefoni o anche delle motociclette.

Sta succedendo

La tecnologia delle batterie nel segmento più speculativo è stata sottoposta a numerosi test. Ma non siamo ancora al punto in cui la maggior parte dei produttori sta costruendo linee di produzione e inserendole nelle automobili.

Batterie agli ioni di sodio

Perché è emozionante: Il sodio è ovunque! Rispetto al litio, l’elemento è più economico e più facile da trovare e lavorare, il che significa che rintracciare i materiali per costruire batterie agli ioni di sodio potrebbe dare alle case automobilistiche un’interruzione della catena di approvvigionamento. Le batterie sembrano funzionare meglio anche a temperature estreme e sono più stabili. Il produttore cinese di batterie CATL afferma che inizierà la produzione di massa delle batterie il prossimo anno e che le batterie potrebbero eventualmente coprire il 40% del mercato cinese dei veicoli passeggeri.

Perché è difficile: Gli ioni di sodio sono più pesanti dei loro omologhi di litio, quindi generalmente immagazzinano meno energia per pacco batteria. Ciò potrebbe renderli più adatti allo stoccaggio delle batterie che ai veicoli. È anche agli inizi per questa tecnologia, il che significa meno fornitori e meno processi di produzione testati nel tempo.

Batterie allo stato solido

Perché è emozionante: Le case automobilistiche promettono da anni che le innovative batterie allo stato solido sono proprio dietro l’angolo. Sarebbe fantastico, se fosse vero. Questa tecnologia sostituisce gli elettroliti liquidi o gel in una batteria agli ioni di litio convenzionale con un elettrolito solido. Questi elettroliti dovrebbero avere caratteristiche chimiche diverse, ma presentano tutti alcuni grandi vantaggi: maggiore densità di energia, ricarica più rapida, maggiore durata, minori rischi per la sicurezza (nessun elettrolita liquido significa nessuna perdita). Toyota afferma che lancerà finalmente i suoi primi veicoli con batterie allo stato solido nel 2027 o 2028. BloombergNEF prevede che entro il 2035, le batterie allo stato solido rappresenteranno il 10% della produzione di veicoli elettrici e di stoccaggio.

Perché è difficile: Alcuni elettroliti solidi hanno difficoltà a resistere alle basse temperature. I problemi maggiori, però, riguardano il settore manifatturiero. Mettere insieme queste nuove batterie richiede nuove attrezzature. È davvero difficile costruire strati di elettrolita privi di difetti. E l’industria non è giunta a un accordo su quale elettrolita solido utilizzare, il che rende difficile la creazione di catene di approvvigionamento.

Forse accadrà

Le buone idee non sempre hanno molto senso nel mondo reale.

Ricarica senza fili

Perché è emozionante: Parcheggia la tua auto, scendi e ricaricala mentre aspetti, senza bisogno di prese. La ricarica wireless potrebbe rappresentare il massimo della comodità e alcune case automobilistiche insistono sul fatto che arriverà. Porsche, ad esempio, sta sfoggiando un prototipo, con l’intenzione di lanciare sul mercato il modello vero e proprio l’anno prossimo.

Perché è difficile: Il problema, dice Jaswani, è che la tecnologia alla base dei caricabatterie che abbiamo adesso funziona perfettamente ed è molto più economica da installare. Si aspetta che alla fine la ricarica wireless venga introdotta in alcuni casi d’uso limitati, ad esempio negli autobus che potrebbero ricaricarsi lungo il percorso se si fermano su un tappetino di ricarica. Ma questa tecnologia potrebbe non diventare mai veramente mainstream, dice.