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Maggio 4, 2022

Auto elettriche: oltre lo stato solido ecco le batterie LFP e agli ioni di sodio

Il mondo dell’auto elettrica è in continua evoluzione. Per aumentare quanto più possibile l’autonomia delle prossime auto a batteria, sono in molti oggi a lavorare su soluzioni percorribili per migliorare le prestazioni degli accumulatori. In attesa dell’arrivo delle batterie allo stato solido, quindi, già da diverso tempo si sta lavorando sulle batterie al litio-ferro-fosfato, che già oggi trovano applicazione su molti modelli, mentre in un prossimo futuro potremmo vedere quelle agli ioni di sodio.

Batterie LFP

Ma andiamo con ordine e partiamo dalle batterie LFP, acronimo di litio-ferro-fosfato. Questi accumulatori sono privi di cobalto e sono meno costosi da produrre rispetto a quelli nichel-manganese-cobalto (NMC). Proprio per questo motivo, molti produttori stanno già oggi puntando su questa tecnologia per i loro modelli. La batteria, infatti, rappresenta la voce di spesa più grande tra quelle legate all’auto elettrica. Le batterie litio-ferro-fosfato, quindi, rappresentano un’importante opportunità per sviluppare modelli meno costosi e, di conseguenza, allargare l’auto elettrica anche alle fasce più basse del mercato e portare in questo modo l’elettrificazione anche sulle vetture più piccole. Il problema, al momento, è rappresentato dalla concentrazione della produzione in un unico paese. Il 90% della produzione di batterie LFP è infatti concentrata nella sola Cina. Non stupisce, quindi che ad oggi il 46% del parco circolante elettrico in Cina sia proprio rappresentato da modelli alimentati a batterie al litio-ferro-fosfato.

Batterie agli ioni di sodio

Un capitolo a parte va dedicato alle batterie agli ioni di sodio. L’applicazione di queste sulle moderne auto elettriche è ancora molto lontana, ma nonostante questo, non si tratta di una tecnologia del tutto nuova. Già negli anni Settanta, infatti, vennero avviati alcuni esperimenti per mettere a punto questo tipo di accumulatori, ma l’avvento degli ioni di litio mise un freno alla ricerca. Oggi le batterie agli ioni di sodio stanno tornando alla ribalta per diversi motivi. In primis, l’approvvigionamento delle materie prime necessarie per la produzione, che per questo tipo di batterie è molto più semplice. Questo perché la Terra è molto più ricca di sodio piuttosto che di litio e inoltre il sodio pare essere anche meno soggetto alle fluttuazioni di mercato che invece interessano il litio. Questo porterebbe anche ad un risparmio nella filiera produttiva nell’ordine del 30/50%. Le batterie agli ioni di sodio, inoltre, possono garantire migliori prestazioni a basse temperature e una maggiore durata nel tempo. Tuttavia, allo stato attuale la densità energetica, ovvero la capacità di immagazzinare energia di questo tipo di batterie è ancora molto basso, con inevitabili ripercussioni sulle performance e soprattutto sull’autonomia. I tecnici, quindi, sono attualmente al lavoro proprio per trovare il giusto equilibrio tra stabilità chimica e densità energetica per rendere questo tipo di batterie sicure ed efficienti, pronte per la prossima generazione di auto elettriche.

Aprile 24, 2022

Auto elettrica: come funziona una Gigafactory per la produzione di batterie

Lo sviluppo dell’auto elettrica e la sua diffusione sul mercato crescono a velocità inarrestabile. Di conseguenza anche le tecnologie legate alle varie componenti che la costituiscono corrono e migliorano a velocità altrettanto elevata. Vista la sempre maggiore domanda di auto elettriche da parte del mercato, quindi, oggi per essere competitivi i costruttori devono cercare di essere quanto più indipendenti possibile. È proprio per questo motivo che sempre più produttori, dopo essersi affidati per anni ad aziende esterne per la produzione delle batterie, stanno oggi lavorando per cominciare a produrre in autonomia gli accumulatori all’interno di Gigafactory appositamente sviluppate. Vediamo allora insieme come funziona una Gigafactory e quali sono i processi necessari per la realizzazione di una batteria agli ioni di litio.

Ambienti asettici

Le Gigafactory si differenziano dalle normali fabbriche alle quali siamo ormai abituati non soltanto per le loro dimensioni, ma anche e soprattutto per la loro struttura. Una volta dentro, infatti, ci si trova in ambienti spesso più simili a quelli di una sala operatoria piuttosto che ad una fabbrica di componenti per automobili. Qui tutto si svolge con un elevato livello di automazione in ambienti supercontrollati con operazioni sottovuoto per non correre il rischio di rovinare le materie prime con impurità esterne che potrebbero andare ad inficiare sull’integrità chimica degli elementi.

Si parte da catodo e anodo

La prima fase nella realizzazione delle batterie agli ioni di litio è quella di produzione dei due elettrodi, ovvero il catodo e l’anodo. Si parte quindi dallo slurry, una soluzione viscosa in cui materiali conduttori, materiali attivi e leganti polimerici in polvere sono disciolti in un liquido acquoso. Questo viene disposto in strati sottili e poi essiccato per poi essere rivestito con fogli di alluminio e rame. A questo punto si lascia evaporare la parte liquida dello slurry per poi procedere alla calandratura. Questo particolare processo consiste nel passare i fogli rivestiti in appositi rulli che li pressano e li stabilizzano. Ora i due poli della batteria, quello positivo e quello negativo, sono pronti e possono essere tagliati delle dimensioni desiderate per dare forma alle celle delle batterie.

Si passa all’elettrolita liquido

A questo punto si passa a realizzare la tipica struttura a strati della batteria posizionando gli elettrodi tagliati l’uno sull’altro. I vari strati vengono poi fissati attraversi il separatore, ovvero un materiale inattivo che oltre a dividere catodo e anodo è anche chiamato ad assorbire l’elettrolita liquido e distribuirlo in maniera omogenea tra i due poli. L’elettrolita è di fatto quello che rende possibile il funzionamento della batteria, poiché è il materiale che consente lo scambio di elettroni tra catodo e anodo.

Rodaggio finale

L’ultimo passaggio nella fase di produzione delle batterie agli ioni di litio è rappresentato dall’attivazione e il rodaggio. Le celle appena realizzate vengono così portate in un’apposite stanza all’interno della Gigafactory, all’interno delle quali vengono sottoposte a cicli di carica e scarica a basso voltaggio che permette ai vari materiali di stabilizzarsi. Al termine di questo processo la cella viene sigillata ed è pronta ad essere unita ad altre celle uguali per andare così a formare un modulo da montare su una nuova auto elettrica.

Aprile 23, 2022

Batterie allo stato solido: rappresentano davvero il futuro?

Il settore dell’auto elettrica è appena agli albori, eppure, l’evoluzione tecnologica che contraddistingue questa sempre più grande fetta di mercato è in costante e velocissima evoluzione. In un batter d’occhio le tecnologie applicate alle batterie sono cambiate e si sono evolute passando dal piombo agli ioni di litio e oggi, mentre ancora l’auto elettrica viene vista da molti come un veicolo “proveniente dal futuro”, c’è chi sta già lavorando ad una nuova tipologia di batterie. Stiamo parlando delle batterie allo stato solido che, secondo molti, nel giro di pochi anni potrebbero essere pronte a prendere il posto degli attuali accumulatori agli ioni di litio.

Come funziona

Ma come è fatta una batteria allo stato solido? Di fatto il principio chimico alla base del funzionamento della batteria rimane invariato. Tutto funziona grazie ad un processo chimico che sposta un flusso di elettroni dall’anodo, la sostanza che li cede tramite ossidazione, al catodo che li riceve tramite riduzione. Ciò che cambia negli accumulatori allo stato solido è il materiale all’interno del quale scorre il flusso di elettroni. Nelle batterie agli ioni di litio questa sostanza è di tipo liquido, mentre in quelle allo stato solido, appunto, è di tipo solido. Sono molte le aziende che stanno lavorando su questa nuova tecnologia e non tutte seguono la stessa strada nella scelta del materiale per rimpiazzare l’elettrolita liquido. In molti utilizzano materiali di tipo ceramico, mentre altri puntano su strutture simili al vetro. C’è anche chi (ma sono in pochi), punta su un derivato del litio stesso, ovvero il solfuro di litio, che pare però essere molto delicato e difficile da isolare. I materiali che vanno per la maggiore, in questo momento, sono quelli di tipo ceramico.

I vantaggi

Il passaggio alle batterie allo stato solido porterebbe con sé diversi vantaggi. Su tutti un miglioramento delle prestazioni dell’accumulatore stesso, che a parità di dimensioni rispetto ad una batteria agli ioni di litio sarebbe in grado di assicurare una capacità di immagazzinamento dell’energia superiore del 50% circa, oltre ad una maggiore rapidità in fase di ricarica. Ma non è tutto. Anche il range di temperature nel quale le batterie allo stato solido è superiore rispetto a quelle agli ioni di litio, che riescono ad essere davvero efficienti soltanto da -10 a +30 gradi. A tutto questo si aggiunge poi una minore infiammabilità e una maggiore vita utile, presumibilmente superiore agli otto anni.

Maggiore densità energetica
Maggiore velocità di ricarica
Maggiore durata
Minore rischio di incendio

Le problematiche

Quindi, alla luce dei tanti vantaggi che abbiamo appena descritto, in molti sostengono che le batterie allo stato solido possono davvero rappresentare il futuro. Del resto, molti costruttori trai quali BMW, Volkswagen e Hyundai hanno puntato su questa tecnologia e c’è chi sostiene che i primi modelli dotati di batterie di questo tipo potrebbero arrivare su strada già nel 2025. La realtà, però, è che di problematiche da risolvere prima di poter abbandonare l’elettrolita liquido ce ne sono molte. In primis la maggiore delicatezza delle batterie allo stato solido. Soprattutto quelle con elettrolita di tipo ceramico sono soggette ad un maggiore rischi di rottura in caso di sollecitazioni forti. Ma l’ostacolo maggiore da superare è quello legato ai costi di produzione che, ad oggi, risultano più alti rispetto a quelli necessari per produrre le “normali” batterie agli ioni di litio. Quindi, le batterie allo stato solido rappresentano una valida e sicuramente efficiente alternativa per le auto elettriche di domani, ma prima di puntare con certezza su di esse occorre pazientare ancora un po’.

Febbraio 8, 2022

Batterie allo stato solido: Toyota pronta in tre anni

Le batterie allo stato solido rappresentano il futuro dell’automobile. A parità di dimensioni, rispetto a quelle al litio garantiscono maggiore autonomia e ricariche più rapide. Per questi motivi numerose case automobilistiche si stanno muovendo nella nuova direzione. Durante il CES di Las Vegas, Toyota ha confermato che entro il 2025 inizierà a montare le batterie allo stato solido sui suoi modelli elettrificati.

La strategia del marchio giapponese

Gill Pratt, direttore scientifico del Toyota Research Institute, ha dichiarato in un’intervista ad Autoline che la casa giapponese in un primo momento utilizzerà la nuova tecnologia su una vettura ibrida e non su una interamente elettrica. La scelta è dovuta esclusivamente a ragioni economiche: Pratt sostiene che una vettura 100% elettrica, già più cara rispetto alle auto con motore termico, con le batterie allo stato solido diventerebbe inaccessibile per la maggior parte degli automobilisti. I costi di produzione dei nuovi accumulatori dovrebbero ridursi entro il 2025, ma in maniera non sufficiente se montati sui modelli a emissioni zero. L’intenzione di Toyota è di usare le nuove batterie sulle auto elettriche soltanto quando i costi si saranno abbassati ulteriormente.

Dopo le ibride sarà la volta delle supercar

La grande autonomia e le prestazioni che sembrano poter garantire le batterie allo stato solido potrebbero rappresentare un punto di svolta anche per il processo di elettrificazione delle moderne supercar. Per questa ragione i prossimi modelli performance di Toyota e Lexus potrebbero integrare batterie di questo tipo. La casa giapponese ha già svelato la Electrified Sport, la concept car di casa Lexus che potrebbe usufruire della nuova tecnologia e che è considerata l’erede della Lexus LFA. Secondo il costruttore è in grado di percorrere 700 km con una ricarica e di scattare da 0 a 100 km/h in meno di 2,5 secondi.

Come funzionano le batterie allo stato solido

La corrente generata dalle batterie allo stato solido è maggiore fino a cinque volte rispetto alle batterie al litio. Le celle hanno una densità di energia doppia e potrebbero alimentare un veicolo elettrico minimo per 500 km con una singola carica. In questo tipo di batterie l’elettrolita solido prende il posto di quello liquido presente nelle batterie agli ioni di litio: tale soluzione permette agli accumulatori di produrre più densità di energia e di occupare meno spazio. La maggior compattezza ed efficienza, l’autonomia superiore e i tempi di ricarica ridotti costituiscono una svolta per l’automotive: il modello su cui sta lavorando Toyota raggiunge i 400 Wh/litro, ma gli esperti del marchio giapponese assicurano che possa arrivare a 700 Wh/litro entro il 2025.