Il futuro delle auto e della mobilità elettrica è legato alle evoluzioni nel campo delle batterie, che ne determineranno autonomia e affidabilità. Nei prossimi anni le batterie dei veicoli elettrici faranno grossi passi avanti soprattutto in due aree: i materiali che trattengono l’energia e l’architettura degli accumulatori.
Il Professor Maximilian Fichtner è un esperto di tecnologia delle batterie, noto a livello internazionale. È docente di Chimica dello Stato Solido all’Università di Ulm e guida il Dipartimento Sistemi di accumulo energetico al Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Nella sua visione per il prossimo futuro vi sono grafite e nuovo design. Un composto di grafite e silicio potrebbe presto sostituire la grafite pura nell’anodo. Considerando che il silicio ha una densità energetica dieci volte superiore alla grafite, il contenuto energetico delle batterie per auto aumenterebbe in modo significativo.
Inoltre, con il nuovo design degli accumulatori sarà possibile inserire una maggiore quantità di celle in un involucro delle stesse dimensioni. Attualmente in un pacco batterie il materiale di stoccaggio effettivo rappresenta solo il 25-30% del contenuto totale. Il resto è destinato all’involucro, all’imballaggio e agli additivi.
«In questo campo ci saranno grandi progressi, la prossima generazione di batterie sarà progettata in modo più efficiente e la quota di materiale di stoccaggio potrebbe quasi raddoppiare, aumentando il contenuto energetico e riducendo i costi di produzione» spiega Fichtner.
Batterie allo stato solido
Nelle batterie allo stato solido la grafite del polo negativo viene sostituita con il litio metallico, un’opzione che consente di aumentare l’autonomia del 30/40%: per questo la tecnologia allo stato solido è considerata il Santo Graal della ricerca sulle batterie.
«Sicuramente è una grande opportunità ma ci sono delle questioni aperte, perché il processo di industrializzazione non è ancora iniziato e andranno considerati i costi» aggiunge Fichtner. «La curva del costo delle batterie agli ioni di litio oggi si trova in fase calante; dopo l’introduzione di materiali catodici sostenibili come il litio-ferro-fosfato, i costi possono scendere sotto il livello dei 100 dollari per kWh, ovvero il limite sotto cui un’auto elettrica diventa più economica di una tradizionale. A oggi non possiamo dire se le batterie allo stato solido raggiungeranno lo stesso livello e quanto velocemente».
Autonomia e ricarica
Nel prossimo futuro l’autonomia delle auto e veicoli elettrici crescerà drasticamente proprio grazie agli sviluppi nelle batterie. «Presto sarà ovvio parlare di almeno 500 chilometri e iniziare a puntare ai 1.000. Le auto stanno progredendo rapidamente, non altrettanto l’infrastruttura di ricarica; abbiamo bisogno di una rete adeguata di stazioni di ricarica rapida» riprende Fichtner, che poi sottolinea l’importanza di permettere a chi abita in città e non ha una wallbox di ricaricare comodamente la propria auto.
Un altro aspetto su cui è importante lavorare è la standardizzazione delle tariffe della rete stradale pubblica. «L’auto elettrica ha la migliore impronta di carbonio considerando tutti i tipi di propulsione per il settore delle autovetture, per questo bisogna puntare sull’e-mobility» sottolinea Fichtner.
Materie prime
Attualmente il cobalto è utilizzato principalmente per le batterie di telefoni cellulari e computer portatili, ma anche per produrre acciai super rapidi e taglienti. «Per quanto riguarda la mobilità elettrica è possibile e necessario rinunciare gradualmente al cobalto, sia per salvaguardare i diritti umani, sia per le riserve limitate. Un’ottima alternativa è il litio-ferro-fosfato, un materiale economico, disponibile in modo sostenibile e non tossico. Anche il cosiddetto spinello di manganese potrebbe essere un’opzione» spiega Fichtner.
Un’ultima riflessione sul litio «Per questo materiale non c’è ancora un sostituto convincente, ma in questo caso la situazione non è così critica, perché le riserve globali di litio sono molto maggiori di quelle di cobalto. E comunque ci sono alternative all’estrazione del litio dai laghi salati».
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