Nuove batterie al via

Nuove batterie al via

Un terzo di tutte le nuove auto vendute in Cina sono già dotate di presa elettrica, il che significa che si tratta di varianti puramente elettriche o ibride. La tendenza è in forte aumento. In Europa si sta facendo ogni sforzo politico per immettere sul mercato le auto elettriche; vengono conteggiati i motori a combustione. Anche se le auto elettriche sono composte da un numero significativamente inferiore di componenti, esistono caratteristiche chiave di differenziazione. Mentre con i motori a combustione la questione era se diesel o benzina, con i veicoli elettrici la questione è quale tecnologia di batteria sia presente nella fusoliera. Attualmente domina la batteria agli ioni di litio. Ma altre tecnologie stanno cercando di essere coinvolte, in particolare le batterie agli ioni di sodio e le batterie al litio ferro fosfato. Come spesso accade, attualmente non esiste una tecnologia per batterie che possa fare tutto: alta densità di energia, elevate correnti di carica, elevata stabilità del ciclo, ritardante di fiamma e tutto questo al prezzo più basso con un tasso di riciclaggio del 100% e materie prime facilmente accessibili. Se tutto questo fosse riunito in un’unica tecnologia, la mobilità elettrica non avrebbe più critiche. Ma il fatto è che ogni tecnologia delle batterie ha i suoi vantaggi e svantaggi specifici. Questi devono essere valutati attentamente per poter selezionare la migliore tecnologia per la rispettiva applicazione. Tuttavia, ci sono enormi obiettivi contrastanti per quanto riguarda le auto elettriche: da un lato, l’autonomia dovrebbe essere la più lunga possibile, ma l’auto dovrebbe essere economica da acquistare per le masse. Ad oggi non è più possibile! Ma se si spostano gli obiettivi in ​​una direzione o nell’altra, le tecnologie alternative delle batterie possono già offrire vantaggi entusiasmanti.

Una regola pratica è: quanto più grande è la batteria, tanto maggiore è l’autonomia. Ma anche: più alto è il prezzo. Perché la batteria agli ioni di litio occupa attualmente una posizione così dominante? Lo chiediamo al ricercatore Marcus Jahn, responsabile dell'unità di competenza Tecnologie delle batterie presso l'Istituto austriaco di tecnologia (AIT), e un vero esperto delle diverse tecnologie delle batterie. "Conoscevamo la tecnologia agli ioni di litio che utilizziamo attualmente già dall'inizio degli anni '90. Tuttavia, ora siamo riusciti a rendere le celle molto più potenti. Tuttavia, con questo tipo di batteria operiamo già vicino al limite fisico. Non possiamo più aspettarci alcun salto significativo." Le batterie agli ioni di litio presentano alcuni vantaggi innegabili: offrono un’elevata densità di potenza, hanno una durata di circa 1.000 cicli di ricarica e sono ragionevolmente sicure da costruire. Il rovescio della medaglia: le basse temperature non sono amiche, il riciclaggio attualmente è ancora molto costoso - perché complesso - e soprattutto si utilizzano materiali rari come nichel, manganese e cobalto. Per non parlare del fatto che l’estrazione del litio è molto inquinante e la maggior parte dei giacimenti sono conosciuti in Sud America e Australia, il che apre anche una “dipendenza geopolitica” – qualcosa che il ricercatore Jahn non descrive.

Se la batteria diventa più economica, l’intera auto elettrica diventa più economica. Pertanto viene condotta un'intensa ricerca sulle alternative. Attualmente esistono due tecnologie che, da un certo punto di vista, potrebbero competere con la batteria agli ioni di litio: la batteria al litio ferro fosfato (in breve LFP) o le batterie agli ioni di sodio. Entrambe le varianti presentano vantaggi e svantaggi specifici. Ford utilizza già in alcuni modelli la batteria LFP perché, secondo il produttore, offre un vantaggio di prezzo di circa il 15%. Ulteriori vantaggi: Elevata stabilità del ciclo, meno sensibile alla temperatura, non richiede materie prime rare ed è riciclabile quasi al 100%, è necessario smaltire solo l'elettrolita. Ciò significa che le batterie LFP potrebbero rendere più conveniente l’avviamento di un’auto elettrica. Lo svantaggio: la densità energetica è inferiore, quindi sono necessarie più celle per la stessa autonomia di una batteria agli ioni di litio. Ciò aumenterebbe nuovamente il peso e anche il prezzo. Tuttavia, se questa tecnologia viene utilizzata in veicoli che non devono raggiungere la massima autonomia, offre un chiaro vantaggio in termini di costi e ambiente. Il ricercatore Marcus Jahn stima che la differenza nella densità energetica sia pari a circa il 20%. "L'obiettivo qui non dovrebbe essere quello di sostituire la batteria agli ioni di litio 1:1 con la batteria LFP, ma piuttosto la tecnologia può essere un'alternativa economicamente vantaggiosa se utilizzata correttamente se lo scopo previsto viene scelto di conseguenza", dice il ricercatore.

Le batterie agli ioni di sodio si stanno attualmente affermando in Cina e godono di una crescente popolarità. Anche il ricercatore dell'AIT Marcus Jahn conferma le proprietà molto positive delle celle: "La batteria agli ioni di sodio è stata oggetto di ricerche approfondite per circa sette anni. Inizialmente la tecnologia era prevista per il funzionamento stazionario perché consente costi interessanti per kilowattora. Altri vantaggi: il sodio è facilmente disponibile in tutto il mondo, il che riduce i costi. Inoltre, le celle possono essere prodotte esattamente come le batterie agli ioni di litio, anche sulle stesse linee di produzione. Praticamente solo il litio viene sostituito dal sodio." Ma da un lato questa cella richiede anche materie prime rare oltre al litio e non può essere integrata con il litio nello stesso processo di riciclaggio. Ma il punto critico è un altro: la densità di energia è inferiore, nella cella al litio ne manca circa un quarto. Significa: il vantaggio di prezzo viene nuovamente acquistato a scapito dell'assortimento. Ma il ricercatore di batterie Marcus Jahn cerca di spiegare perché questa tecnologia ha ancora del potenziale: "Non dobbiamo dimenticare che la domanda di auto elettriche aumenterà in modo significativo ora e in futuro. Quindi servono rapidamente molte batterie, e non tutti gli utenti di auto elettriche hanno bisogno di un'autonomia di 700 chilometri. In questo caso la batteria agli ioni di sodio può essere un buon compromesso tra autonomia, disponibilità e prezzo." Al termine della nostra intervista abbiamo chiesto al ricercatore che tipo di batterie utilizzeremo nel medio termine, nei prossimi cinque anni. La risposta: “Fino ad allora prevarrà il tipo agli ioni di litio”. Ma ciò che verrà dopo è ancora una questione aperta in base allo stato attuale della ricerca.

Ioni di litio

+ alta densità di energia

+ stabilità del ciclo solido

+ ampiamente studiato

- costoso

– produzione ad alta intensità di risorse

– riciclaggio complesso

Fosfato di ferro e litio

+ più economico

+ stabilità del ciclo molto elevata

+ meno sensibile alla temperatura

– minore densità energetica

Ioni di sodio

+ Il sodio è abbondante e facile da ottenere

+ quindi più economico

+ Può essere prodotto su linee di produzione agli ioni di litio

– minore densità energetica

– fino al litio, la cui produzione richiede un altrettanto dispendioso impiego di risorse

– riciclaggio complesso