Quando si parla di auto elettrica, tutti aspettano il grande salto tecnologico nel campo delle batterie. Non è una novità, sono anni che sentiamo la stessa domanda. Cosa sta arrivando di rivoluzionario? La risposta è semplice. Attenzione, perché la rivoluzione c’è già stata.
Si chiama litio, ha messo in tasca a tutti noi uno smartphone, sulle nostre scrivanie dei PC portatili e ci ha consegnato l’auto elettrica a batterie. Che negli anni Trenta e Novanta era già nata, è vero. Ma poi era anche morta. All’apparenza definitivamente. Le batterie al litio sono all’inizio della loro storia in campo automobilistico. Ma questo non significa che non ne vedremo delle belle.
A sfidarsi sono ora il miglioramento della attuale tecnologia agli ioni di litio e la nascita di soluzioni alternative.
Batterie agli ioni di litio
Cinesi, giapponesi, coreani, americani e ora in Europa soprattutto i tedeschi stanno investendo per creare capacità produttiva di batterie al litio per utilizzi nel campo della mobilità, delle reti elettriche, dell’elettronica di consumo.
Mille miliardi di investimento
Facendo un conto veloce arriviamo rapidamente a mille miliardi di investimento nei prossimi cinque anni nel mondo su questa tecnologia.
Con decine di miliardi messi in gioco da parte di ogni singolo attore, da Daimler al gruppo Volkswagen, ai costruttori coreani, giapponesi e americani con in testa la Tesla.
Materiali
Le batterie Litio-ione possono essere migliorate grazie a nuovi materiali per gli elettrodi, in primo luogo con la sostituzione della grafite. Questo avverrà con l’arrivo del silicio. Ma nei prossimi cinque anni gli accumulatori miglioreranno soprattutto per l’aggiustamento del mix dei materiali già utilizzati soprattutto nel catodo, dal cobalto al nichel, al manganese, allo stesso litio e all’alluminio.
Gestione della carica e del calore
Inoltre migliorerà la capacità di gestire in modo efficiente e in maniera uniforme il livello di carica nelle diverse celle che compongono ogni accumulatore. E migliorerà ulteriormente la gestione del calore, con sistemi di scambio termico veloci ed efficienti.
Miglioramenti previsti
Tutto questo mira ad incrementare la capacità energetica, cioè la possibilità di accumulare energia per unità di massa e di volume, del 30-40% rispetto ad oggi.
Con un obiettivo di riduzione delle spese del 50%, che porterebbe alla parità di costo con i motori a combustione interna, identificata nei principali studi con la cifra di 100 dollari al chilowattora. Oggi, per l’intero sistema – non per le sole celle – siamo attorno ai 200-250 dollari, quindi almeno il doppio.
Tra le batterie del futuro alternative alle attuali batterie agli ioni di litio con elettrolita liquido o polimerico, ci sono le batterie al litio allo stato solido. In molti ritengono che saranno il prossimo passo, decisivo dal punto di vista della capacità di accumulo perché promettono prestazioni 8-10 volte superiori.
E sono dotate di un’estrema stabilità nella ricarica veloce anche ad altissima tensione, e di un minore invecchiamento. Con l’ulteriore dote di possedere una sicurezza finalmente intrinseca, non legata cioè alle modalità di realizzazione, assemblaggio e gestione dell’insieme elettrodi-elettrolita, ma alla costituzione stessa di questo nucleo tecnologico.
Litio-Aria, Litio-Zolfo, Zinco Aria, Alluminio-Aria, Ioni fluoruro
Ci sono poi le batterie Litio-aria, le litio-zolfo, le zinco-aria e le alluminio-aria. Oltre alle ioni fluoruro, che però al momento lavorano a temperature troppo elevate per i principali utilizzi. Siamo sopra i 150 gradi centigradi.
Flusso di elettrolita
E poi le batterie a flusso di elettrolita, tra le quali ci sono le zinco-bromo e quelle ai sali di vanadio. In questo caso la batteria non si ricarica attaccandola alla presa elettrica ma facendo il pieno di nuovo elettrolita, al posto di quello che si è scaricato durante l’utilizzo.
Tutte tecnologie molto promettenti, che a turno conquistano anche dei titoli di giornale, che però dai dati disponibili distano ancora una decina d’anni dall’arrivo sul mercato, oppure sono disponibili in forma dimostrative e soltanto per particolari applicazioni.
Il futuro 2025-2030
Il futuro prossimo è delle batterie agli ioni litio. Per i prossimi dieci anni, guardando agli investimenti in corso e agli attori in gioco, saranno loro a dominare il mercato.
Le batterie del futuro agli ioni di litio promettono di riuscire ad accumulare il 30-40% in più di energia e costare la metà nella finestra 2025-2030. Significa che nel vano nel quale oggi possono entrare 60-70 kilowattora, ce ne potranno essere 90-100 a un costo del 25-30% inferiore rispetto a quello dei 60 di oggi.
Ciò significa che un’auto compatta potrà avere 700-800 chilometri di autonomia costando meno di ventimila euro.
Oltre il 2030
La sfida per gli accumulatori del futuro, con il salto che tutti aspettano, si inizierà a giocare dal 2025 in poi. Certo, le batterie al litio allo stato solido potrebbero arrivare prima di quanto ci si aspetti, se la febbre dell’auto elettrica sarà veramente scoppiata.
Comunque, anche se molto migliori di quelle agli ioni di litio, inizialmente costeranno certamente di più.
L'incognita idrogeno
Nel frattempo un altro concorrente avrà affilato le armi. Questo concorrente è l’idrogeno.
Anche in questo caso, però, ci sono delle sfide tecnologiche da vincere. Vedremo chi le vincerà prima. Ma una partita giocata tutta tra tecnologie a Zero Emissioni è comunque un bel derby.
*Professore ordinario di Sistemi Energetici e direttore del CARe – Centro di Ricerca sull’auto e la sua evoluzione – Università degli Studi Guglielmo Marconi di Roma. Giornalista, è protagonista del progetto www.fabioorecchini.it – Obiettivo Zero Emissioni.
