La tecnologia delle batterie per i veicoli elettrici è in continua evoluzione. L’obiettivo delle aziende del settore è realizzare batterie agli ioni di litio sempre più performanti, in grado di garantire oltre 1.000 Km di autonomia con una ricarica. Allo stesso tempo si stanno progettando anche le batterie per auto elettriche del futuro, sperimentando nuovi materiali e tecnologie per trovare delle alternative alle batterie al litio.
D’altronde, soltanto nell’Unione Europea si vuole raggiungere un parco circolante di 30 milioni di vetture elettriche e ibride plug-in entro il 2030, quindi serviranno nuovi tipi di batterie più sostenibili ed efficienti. In questo campo le soluzioni disponibili sono diverse, con alcuni progetti più avanzati e promettenti. Scopriamo come saranno in futuro le batterie delle auto elettriche, analizzando i potenziali sostituiti delle batterie al litio su cui i ricercatori e le aziende stanno lavorando.
Le batterie allo stato solido per ottimizzare le prestazioni
Alcuni produttori di batterie sono impegnati nella ricerca e nello sviluppo delle batterie allo stato solido, con l’obiettivo di superare i limiti prestazionali degli attuali accumulatori al litio. Si tratta di una tecnologia simile rispetto a quella agli ioni di litio; tuttavia, nelle batterie allo stato solido gli elettroliti sono solidi anziché liquidi.
In questo modo è possibile ottenere più densità di energia, con una maggiore stabilità e velocità in fase di ricarica. Tra i principali vantaggi delle batterie allo stato solido c’è la possibilità di usufruire di prestazioni più elevate, potenze di ricarica maggiori, tempi di carica ridotti e un potenziale incremento dell’autonomia dei veicoli elettrici fino all’85%.
La batteria dell’auto futura potrebbe essere a idrogeno
Una società trentina ha realizzato il primo prototipo di batteria a idrogeno basata su una tecnologia ibrida idrogeno/liquido, composta da due serbatoi collegati e un dispositivo elettronico. Quando la batteria è in carica l'elettricità da immagazzinare arriva nel primo serbatoio, dove viene innescata una reazione chimica che libera l’idrogeno, dopodiché viene compresso e stoccato a bassa pressione nel secondo serbatoio.
Quando invece la batteria deve fornire energia elettrica si rimette in contatto l'idrogeno con la soluzione chimica del primo serbatoio, in questo modo le molecole ricompongono il liquido per produrre corrente. Questa tecnologia consente di ridurre la dipendenza dal litio. Infatti, le batterie sono realizzate con materie prime riciclabili e reperibili a basso costo in Europa, con 15 mila cicli di ricarica rispetto ai 4 mila delle batterie al litio.
Una società americana invece ha messo a punto delle batterie metallo/idrogeno, un tipo di accumulatori già impiegati da molti anni dalla Nasa per alimentare i velivoli spaziali e i satelliti. Queste batterie hanno una densità energetica elevata e una lunga durata, ma sono molto costose da produrre. Secondo l’azienda americana, i modelli in produzione entro il 2023 garantiranno almeno l’88% di efficienza dopo 20 anni.
Le batterie del futuro per auto elettriche al manganese
Qualche costruttore sta sperimentando le celle nichel-manganese-cobalto (NCM), ossia delle batterie innovative che permetterebbero di produrre auto elettriche con più di 1.000 km di autonomia. Sono accumulatori composti da manganese, un metallo molto economico che consentirebbe di mantenere bassi i costi di produzione, per offrire sul mercato batterie ad alta efficienza a prezzi competitivi.
Inoltre, le batterie che adottano celle del tipo litio-manganese-ferro-fosfato (LMFP) garantirebbero una maggiore densità energetica rispetto a quelle del tipo LFP (basate sulle celle litio-ferro-fosfato). Oltre al costo contenuto, l’elevata densità energetica consentirebbe di realizzare batterie più compatte con un notevole risparmio di peso, aspetti fondamentali per ottimizzare i consumi energetici e massimizzare l’autonomia.
Silicio: il futuro delle batterie per auto elettriche
Un'altra novità in arrivo è rappresentata dalle batterie con anodo di silicio nanocomposito (NCS), caratterizzate da prestazioni elevate, una maggiore autonomia e tempi di ricarica estremamente rapidi rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio. In questi accumulatori è presente un anodo di silicio, il quale rispetto ai componenti realizzati in grafite riesce a immagazzinare fino a dieci volte in più energia a parità di spazio occupato.
Il principale vantaggio delle batterie al silicio è il 20% in più di densità energetica, il che significa circa 160 km in più di autonomia rispetto ai modelli già esistenti e tempi di ricarica dei veicoli elettrici ridotti. Questi dispositivi hanno anche un’impronta ecologica più bassa in confronto alle batterie al litio, in quanto i processi di estrazione delle materie prime e produzione comportano dal 50% al 75% di CO2 per kWh in meno rispetto agli accumulatori al litio.
Batterie ai nanofili d’oro: i primi risultati sono incoraggianti
Alcuni scienziati statunitensi hanno realizzato un elettrodo a base di nanofili d'oro. I ricercatori hanno rivestito i nanofili, mille volte più sottili dei capelli, con un involucro di diossido di manganese, racchiudendoli in un elettrolita composto da un gel di carbonato di propilene. Le batterie al litio con elettrodo a nanofili d’oro avrebbero una struttura estremamente resistente, in grado di sopportare fino a 200 mila cicli di ricarica.
Le batterie agli ioni di sodio per accumulatori più economici
In Cina è già stata prodotta la prima auto elettrica con batterie al sodio. Il funzionamento è simile a quello delle batterie al litio, dato che il trasporto e l’immagazzinamento dell’energia avviene tramite gli ioni (atomi con una carica netta positiva), tuttavia quelle al sodio hanno una densità inferiore. Questi accumulatori hanno costi bassi, inoltre le celle al sodio non sono infiammabili, sono meno sensibili alle temperature estreme e offrono una maggiore resistenza.
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