Batterie allo stato solido, perché sono il futuro della mobilità elettrica?

Questa “corsa agli armamenti” in termini di innovazione tecnologica coinvolge i maggiori player del settore, diventando centrale nella pianificazione della produzione in un mercato in rapida trasformazione.

Finora le resistenze maggiori all’acquisto di un veicolo elettrico da parte dei consumatori erano legate ai tempi e alla scarsità di infrastrutture per la ricarica, e all’autonomia del veicolo.

Il tempo di ricarica diventa dunque uno dei maggiori assi di ricerca e sviluppo nelle case automobilistiche, insieme al mantenimento delle performance di ricarica durante la vita utile della batteria.

Lo stato dell’arte vede trionfare al momento la tecnologia agli ioni di litio, che però, a causa dei suoi limiti, sarà ben presto rimpiazzata dalle batterie allo stato solido.

Differenze tra batterie al litio e batterie allo stato solido

Batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da celle divise in tre strati: catodo, anodo ed uno strato di separazione tra i due costituito da un polimero microporoso.

Le diverse celle della batteria sono immerse in una soluzione o in un gel che funge da elettrolita, solitamente sali di litio in soluzione.

Semplificando, quando si ricarica una batteria agli ioni di litio si applica una tensione agli elettrodi (catodo ed anodo). Questa operazione causa lo spostamento degli ioni dal catodo all’anodo, nel passaggio ossidano i metalli di transizione, ed una volta giunti a destinazione restano “intrappolati” nell’anodo generando la differenza di potenziale che da alla batteria la capacita di erogare corrente.

Nel processo di “scarica” gli ioni di litio compiono il percorso inverso.

In questi “viaggi” viene prodotto calore con il rischio, anche se raro, di incendio o esplosione.

Batterie allo stato solido

La differenza sostanziale tra le batterie agli ioni di litio e quelle allo stato solido sta nel fatto che nelle seconde non c’è liquido o gel: anche l’elettrolita è un solido.

Si sta ancora sviluppando la soluzione migliore per la produzione di un elettrolita solido, ma i vantaggi che ne comportano sono fuori discussione.

Da questa differenza ne consegue un’altra: gli strati delle celle in una batteria allo stato solido sono due anziché tre: un catodo “contaminato” in parte dall’elettrolita solido e uno separatore composto appunto dall’elettrolita.

Scompare quindi l’anodo con grafite e resta soltanto il suo contatto metallico.

Questa soluzione permette a questa nuova tecnologia di ridurre i volumi a parità di energia accumulata.

A parità di volumi, quindi, le batterie allo stato solido hanno una densità energetica fino al 70% superiore rispetto alle tradizionali batterie al litio (da 700 Wh/L a 1.200 Wh/L).

L’adozione di questo tipo di batterie consentirebbe allora di aumentare, e non di poco, l’autonomia dei veicoli elettrici.

L’uso di un elettrolita solido inoltre eliminerebbe i problemi legati all’esplosività e all’infiammabilità delle vecchie batterie, e velocizzerebbe la fase di carica in virtù della maggiore capacità di “sopportare” alte potenze di ricarica.

A completare il quadro, il dato sulla vita utile: maggiore delle batterie al litio e con superiori cicli di ricarica.

 

Perché ancora non sono sul mercato?

Come per tutte le innovazioni tecnologiche, il lancio sul mercato deve attendere la risoluzione di problemi operativi.

Le batterie allo stato solido hanno ancora qualche lacuna da colmare, come ad esempio la variazione di volume nei materiali attivi del catodo o la formazione di aggregati cristallini durante le fasi di carica e scarica.

Lo sviluppo di questa soluzione è però praticamente assodato (si parla del 2025), e ben presto rivoluzionerà il modo di concepire la mobilità elettrica (per non parlare del mercato dell’automotive!)