È il momento delle batterie di nuova generazione

Una startup del Colorado è impegnata a perfezionare le sue batterie a stato solido, migliorando i livelli di prezzo, sicurezza e autonomia offerti ora dalle batterie agli ioni di litio

Casey Crownhart

Anche se si stanno diffondendo sempre più, i veicoli elettrici hanno ancora un raggio d’azione limitato: una Tesla Model 3 può percorrere circa 560 km prima di dover essere ricaricata. Allo stesso tempo, le preoccupazioni per la sicurezza stanno affliggendo le batterie agli ioni di litio che attualmente dominano il mercato. Nel tentativo di costruire batterie affidabili per veicoli elettrici, la startup Solid Power sta lavorando a batterie a stato solido in grado di accumulare più energia in uno spazio più piccolo.

L’azienda ha compiuto un passo avanti verso la sperimentazione della tecnologia nei veicoli, avviando una linea di produzione pilota su larga scala per realizzare celle della batteria che sostituiscono il liquido utilizzato come elettrolita nelle batterie agli ioni di litio con strati di ceramica. Le celle a grandezza naturale che la linea pilota produrrà hanno all’incirca le dimensioni di un piccolo computer portatile, le stesse dimensioni di quelle che alla fine verranno messe insieme per alimentare i veicoli elettrici.

Questa tecnologia delle batterie a stato solido è ancora lontana anni dall’essere commercializzata – Solid Power prevede di aumentare la produzione di materiale sufficiente per 800.000 auto all’anno entro il 2028 – ma se si dimostrerà attuabile, le batterie potrebbero aumentare significativamente le prestazioni dei veicoli elettrici. Tuttavia, Solid Power non produrrà e venderà batterie, ma fornirà il materiale elettrolitico solido ad altri produttori di batterie, afferma il CEO Doug Campbell.

Le navette elettrolitiche si caricano all’interno di una batteria mentre sta assorbendo o rilasciando energia. Nelle batterie agli ioni di litio che oggi alimentano i veicoli elettrici, l’elettrolito è liquido, mentre quelle allo stato solido utilizzano uno strato solido di elettrolita che viene schiacciato tra gli altri strati della batteria per trasportare la carica.

La nuova tecnica sblocca alcune opzioni per la chimica della batteria. In particolare, le sostanze chimiche a base di litio metallico e silicio sono instabili o non sicure se combinate con l’elettrolita liquido nella cella, ma in teoria potrebbero essere utilizzate se l’elettrolita fosse solido. Il risultato sarebbe una batteria che potrebbe accumulare più energia in uno spazio più piccolo, il che significa che le auto potrebbero andare più lontano prima di dover essere ricaricate. 

Le batterie di Solid Power potrebbero migliorare la densità energetica delle batterie agli ioni di litio di circa la metà, afferma Campbell, quindi un veicolo che ha un’autonomia di 560 km potrebbe arrivare oltre gli 800.

L’abbandono del liquido renderebbe anche più facile costruire cellule più sicure, aggiunge Campbell. Sebbene le batterie agli ioni di litio siano state progettate con protezioni per assicurarsi che non prendano fuoco o esplodano, la rimozione del liquido eliminerebbe a sua volta la necessità di queste costose aggiunte. I pacchi batteria, che sono costituiti da molte celle insieme, potrebbero essere più densi, perché i loro sistemi di controllo della temperatura interna e di sicurezza richiederebbero meno spazio.

L’idea di prelevare elettroliti liquidi dalle celle della batteria non è nuovo, afferma Lei Cheng, un chimico esperto di batterie della divisione materiali dell’Argonne National Laboratory. Per anni, tuttavia, gran parte della ricerca sulle batterie solide si è concentrata sull’utilizzo di polimeri organici, come l’ossido di polietilene.

Questi materiali sono economici e facili da produrre, ma finora le loro prestazioni sono state inferiori. Ecco perché vari gruppi di ricerca e startup, come QuantumScape, stanno adottando misure per commercializzare batterie solide che utilizzano materiali come solfuri e ossidi, che hanno conduttività più elevate.

Ma ci si chiede se le aziende che producono elettroliti solidi saranno in grado di produrli su larga scala. I materiali inorganici, come i solfuri utilizzati da Solid Power, possono essere fragili e possono essere difficili da spostare durante la produzione quando vengono prodotti in strati sottili su grandi linee di produzione, afferma Cheng.

Un’altra preoccupazione per le batterie solide è quanto bene possano resistere al degrado nel tempo, specialmente contro i dendriti, strutture simili a radici che il litio forma spesso all’interno delle batterie, danneggiandole.

Jeff Chamberlain, CEO di Volta Energy Technologies, uno dei principali investitori dell’azienda, afferma che Solid Power deve affrontare grandi sfide di scalabilità, ma rimane con i piedi per terra e ricorda che la migliore tecnologia è quella che può essere realizzata. La domanda è se le batterie a stato solido rientrano in questa categoria.

Image by StockSnap from Pixabay

(rp)

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