Le batterie a stato solido delle auto elettriche promette dei grandissimi passi in avanti in futuro. Si parla di costi inferiori, autonomia superiore, tempi di ricarica ridotti e maggiore sicurezza in confronto alle attuali proposte in commercio. Tuttavia, almeno per il momento, le aziende di settore non sono riuscite a coniugare ciascuno dei vantaggi. La start-up ProLogium Technology punta a tradurre nella pratica i buoni propositi attraverso una soluzione di ultimo grido, basata su tecnologie innovative, frutto di anni e anni di intense sessioni di laboratorio. Il progetto più recente prevede l’unione delle forze con uno sviluppatore dalla storia centenaria.
Batterie a stato solido, il progresso si sta accelerando
Quando si parla delle batterie delle auto elettriche viene naturale chiedersi perché gli attuali accumulatori oggi in commercio non convincano fino in fondo. Per accertarlo basta provare a parlare con un qualsiasi conducente restio a comprare una bev. Di sicuro, l’elevato prezzo di listino incide e parecchio, a maggior ragione in un Paese dove il reddito medio risulta essere inferiore rispetto ad altri grandi Paesi europei. D’altro canto, attribuirvi l’intera responsabilità sarebbe figlia di una visione miope, troppo ristretta per essere seriamente presa in considerazione.
Al contrario, bisognerebbe guardare in faccia alla realtà e indagare a fondo sui timori insiti tra la comunità. Ebbene, uno dei principali riguardano le eventuali criticità a proposito dell’autonomia. Si ha, in poche parole, paura di “restare a piedi”. Anche se, come hanno avuto modo di constatare gli studiosi attraverso delle approfondite ricerche, è frutto di antichi pregiudizi, i dubbi a riguardo permangono. Semmai il punto debole va individuato nell’elettrolita liquido, parte di una batteria ricaricabile, avente la funzione di trasmettere gli ioni di litio tra due elettrodi. Introdotto per la prima volta durante gli anni Novanta, ormai esiste da tre decenni ed è giunta l’ora di svoltare.
I limiti insiti negli elettroliti liquidi stanno nella loro propensione a esaurirsi dopo un certo numero di cicli di ricarica. Per aumentare la stabilità e la longevità delle batterie delle auto elettriche sarebbe opportuno intervenire. Così vi sarebbe modo di fornire un significativo contributo all’evoluzione del settore e al recupero delle risorse nella catena di fornitura delle batterie. Come hanno spesso spiegato i grandi capi d’industria, il vero obiettivo del settore deve essere quello di raggiungere la neutralità carbonica. Che per tale implica l’intera analisi del ciclo di vita del prodotto, dal momento in cui vengono estratte le materie prime fino allo smaltimento. Manco a dirlo, prima di tradurre i buoni propositi in realtà occorreranno anni.
Perché hanno resistenza e durata superiori
I sostenitori delle batterie delle auto elettriche a stato solido sarebbero entusiasti di riscontrare tempi di ricarica ridotti e una densità di energia superiore. Il “solido” fa riferimento a un elettrolita solido. Malgrado sia un argomento di estrema attualità, la sua scoperta, pensate un po’, risale al lontano XIX secolo. Nel corso dei duecento anni successivi i ricercatori si sono dati parecchio da fare per carpire ogni segreto. Lo scorso giugno l’Oak Ridge Laboratory del Dipartimento dell’Energia nel Tennesse (Stati Uniti) ha stabilito perché l’elettrolita di tipo solido ha una stabilità e una durata superiore rispetto a quello liquido.
Sebbene ciò fosse risaputo, nessuno era riuscito a darsi fin qui una valida spiegazione. Ebbene, il punto di forza è da ricondursi allo strato estremamente sottile mediante cui gli atomi di litio carichi fluiscono rapidamente dall’anodo al catodo, fondendosi in un elettrolita solido. Per risolvere la questione dell’infiammabilità degli elettroliti liquidi, i ricercatori stanno esplorando l’uso di elettroliti solidi, nello specifico il LiPON (ossinitruro di litio fosforo), inventato dalla stessa azienda quasi trent’anni fa. Nonostante funzionasse bene, certi meccanici erano rimasti sconosciuti.
Nella fattispecie, le parti incaricate hanno stabilito che nelle batterie a stato solido viene a formarsi un’interfase stabile, dove uno strato ricco di litio si fonde con LiPON. Il suddetto passaggio, noto come interfase elettrolitica solida (SEI), esercita un ruolo essenziale per la capacità dell’accumulatore di caricarsi e scarica ripetutamente. La riflettometria dei neutroni, unità all’elettrochimica, ha fatto sì che si comprendesse meglio la SEI tra il litio metallico e gli elettroliti solidi nelle batterie allo stato solido. Ciò consentirà agli operatori di settore di testare vari materiali e di progettare batterie a prestazioni elevate in futuro.
ProLogium e MAHLE si alleano
Un altro aspetto da affrontare consiste nella tendenza delle batterie a elettrolita liquido di surriscaldarsi. La start-up ProLogium, avente sede a Taiwan, ha studiato la gestione termica delle unità a stato solido, arrivando a una nuova iterazione per vetture elettriche, che sfrutta un elettrolita ceramico di ossido. L’accumulatore creato garantisce – sostengono i portavoce di ProLogium – una conducibilità e una stabilità termica superiore, richiedendo un sistema di gestione su misura. Ed è qui che scende in campo MAHLE. La società tedesca è stata chiamata per la prima volta a interessarsi delle batterie allo stato solido, ma affonda le radici nel lontano 1920. Oggi la metà dei veicoli in circolazione presenta almeno un componente del fornitore sotto il cofano.
Il fondatore e amministratore delegato di ProLogium, Vincent Yang, si dice fiducioso circa la partnership, tra due aziende di più alto livello sul fronte delle batterie e dell’ingegneria di nuova generazione. Tramite la cooperazione tra le parti – ha proseguito Yang – definiranno una rivoluzionaria catena del valore delle batterie, essenziale per migliorare la tecnica di costruzione delle batterie allo stato solido.
Attualmente, l’impresa è impegnata con il prototipo e, se tutto andrà secondo i piani, segnerà un enorme progresso per le batterie allo stato solido. Nella fase preliminare, la squadra adibita a occuparsene eseguirà una valutazione approfondita dell’accumulatore ProLogium. In base ai riscontri, nascerà la nuova batteria per auto elettriche a stato solido ProLogium-MAHLE, dotate di anodi di ossido di silicio al 100 per cento di ProLogium e di un sistema di gestione termica curato da MAHLE.
Da iniziative quale le batterie delle auto elettriche a stato solido hanno un costo. Con i passi in avanti compiuti da realtà quali Oak Ridge sarebbe possibile accelerare il processo di ricerca e sviluppo, nonché la riduzione delle spese di fabbricazione. Partendo dal presupposto che gli accumulatori a stato solido sono costosi, quelle tradizionali agli ioni di litio lo erano parecchio di più.
Le batterie allo stato solido sono così care?
A tal proposito, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha calcolato che tra il 2008 e il 2022 la spesa da porre in preventivo è scesa di ben l’89 per cento, da $ 1.355/kWh a 153/kWh. Ciò dipende dai miglioramenti avvenuti nelle tecnologie e nei prodotti chimici delle batterie, nonché dall’aumento dei volumi produttivi. Rispetto al 2020, quando era pari a $ 143/kWh, c’è stato un rialzo per via dell’incremento del valore del litio. A ogni modo, sembra che si tratti di una fase passeggera, almeno negli Stati Uniti, dove in futuro la Nazione comincerà ad attingere alle risorse interne di litio.
Le batterie delle auto elettriche a stato solido possono fornire la stessa potenza di un’unità convenzionale portando via meno spazio, andando ad abbattere i costi complessivi del veicolo. Stando a quanto riferisce ProLogium, potrebbero pure contribuire alla riduzione degli investimenti da sostenere per le materie prime e la riduzione degli scarti produttivi. A trarne beneficio potrebbero essere sia le vetture di fascia alta (come indicato da Research and Markets) sia le flotte. Difatti, a fronte di un costo più elevato del veicolo, farebbe da contraltare una longevità, un’autonomia e una capacità di ricarica rapida della batteria migliori.
