Facciamo il punto sulle batterie a stato solido: sono ancora il futuro energetico per applicazioni come le auto elettriche? O le versioni agli ioni di litio sono destinate ancora a primeggiare sul mercato?
Ma alla fine, a che punto siamo con le batterie a stato solido? Premesso che la loro fattibilità è un dato di fatto, se ci è consentito il calembour. Ciò che manca, ancora oggi, è la produzione su larga scala di questi dispositivi che potrebbero rivoluzionare la mobilità. Offrendo un’alternativa alle attuali batterie agli ioni di litio per auto elettriche, che a differenza di queste garantirebbero una migliore densità energetica, miglior sicurezza (quelle a stato solido sono meno soggette a surriscaldamento e al rischio incendio) e migliori prestazioni anche in termini di ricarica più veloci.
I progressi delle batterie a stato solido: entro il 2030 la loro commercializzazione?
Oltre alla produzione in volumi di mercato, bisogna anche fare in modo che i costi possano essere convenienti. D’altronde, larga parte del prezzo finale di un’auto elettrica dipende proprio dalle sue batterie. Aziende, start-up, laboratori in questi anni si sono lanciate a testa bassa nel creare prototipi molto promettenti. Entro la fine dell’attuale decennio potrebbe iniziare la tanto agognata commercializzazione, ha spiegato l’esperto in Materiali dell’Università di Washington Jun Liu (a capo del Consorzio Innovation Center for Battery500) a Knowable Magazine, che ha fatto il punto sulla tecnologia a stato solido.
E secondo il professor Eric McCalla della McGill University di Montreal, specializzato nello studio dei materiali alle basi delle batterie, si è passati dall’utopia legata a questa tecnologia sino al 2010 ai progressi degli ultimi anni che un tempo erano “quasi impensabili”. Questo grazie alla ricerca proprio sui materiali della batteria. Per farla breve, l’obiettivo degli scienziati era quello di far sì che potesse esserci un materiale che consentisse il passaggio degli ioni all’interno della batteria tra gli elettrodi positivi e negativi, generando così energia. Questo processo avviene attualmente attraverso un elettrolita liquido, ovvero nelle batterie agli ioni di litio. Con un elettrolita solido si superano i problemi legati all’infiammabilità del mezzo di passaggio degli ioni, oltre a rendere più efficiente la batteria. Ma andava individuato il materiale adatto, tale da rendere questo progetto alla stessa velocità dei dispositivi tradizionali.
Ebbene, le ricerche di questi anni hanno reso possibile questa svolta. E le possibilità delle batterie a stato solido, non più fantascienza, hanno attirato i finanziamenti anche dei grandi costruttori automobilistici. Come Toyota, che intende produrle in proprio in modo da avere un vantaggio competitivo sul mercato delle vetture elettriche.
Ma ci sono ancora diversi ostacoli. E le batterie agli ioni di litio non sono in declino
Insomma, tutto sembra pronto e predisposto per un avvenire all’insegna di queste batterie che ci miglioreranno la vita. Ma in realtà le cose sono più complesse. Come ha affermato il fisico Alex Louli, ingegnere e portavoce di una realtà di primo piano nell’innovazione delle batterie quale è QuantumScape, gli sviluppi nell’ultimo trentennio delle versioni agli ioni di litio le hanno rese la risposta ideale per il mercato automobilistico (e non solo). E ovviamente nel corso di tutto questo tempo il loro costo ha subito una decrescita, rendendole sempre più economiche. Pare infatti che entro il 2030 i prezzi delle batterie agli ioni di litio passeranno dagli attuali 115 dollari per kWh a 80 dollari. Cosa che si rifletterà sul prezzo finale delle auto elettriche.
E questo dipende non tanto dai progressi della ricerca e dei materiali. Ma come, ha spiegato il ricercatore elettrochimico dell’Università di Oxford Mauro Pasta, dalle economie di scala nella produzione. E i passi avanti ci sono stati anche a livello di sicurezza, con dei sistemi di protezione oggi integrati nelle batterie che riducono i rischi di incendio. Tanto è vero che, come riporta Knowable Magazine, soltanto circa 25 auto elettriche prendono fuoco ogni 100.000 vendute. Per le benzina il rapporto è di 1.500 incendi su 100.000 unità.
Le chance che potrebbero avere le batterie a stato solido
Mentre quindi si lavora per rendere commerciabili le versioni a stato solide, quelle agli ioni di litio non si sono certo adagiate sugli allori di chi ha una posizione preminente nel settore. Ma la nuova tecnologia potrebbe avere ancora la sua attrattiva, grazie alla geopolitica. La professoressa Ying Shirley Meng, scienziata dei materiali presso l’Università di Chicago e l’Argonne National Laboratory, ha spiegato a Knowable Magazine che mentre la Cina ha il dominio del 70% della produzione di batterie agli ioni di litio, quelle a stato solido potrebbero essere la chiave di volta per scardinare un monopolio nel mercato a livello globale. Pensiamo ad un Paese che riesca tramite le sue aziende a sconvolgere il settore con questa nuova tecnologia, rendendola commercializzabile e attrattiva per i consumatori.
Inoltre gli ioni di litio sono giunti all’apice prestazionale, con la curva che non sale né scende, ma è appiattita. Quelle a stato solido, invece, sono una frontiera che apre nuove possibilità di crescita. Ad esempio grazie ai conduttori superionici, che aumentano le velocità nei flussi degli ioni e riescono a sostenere tensioni più elevate, abbattendo il rischio di dendriti. Tradotto in termini pratici: ricariche delle auto elettriche in una decina di minuti. E inoltre non necessitano di anodi in grafite, materiale economico ma che rallenta le prestazioni della batteria. Oltre ad essere un altro asso nella manica della Cina, che ne detiene il monopolio di produzione ed esportazione.
La ricerca odierna si sta orientando verso materiali come elettroliti a ossido a stato solido, delle specie di ceramiche che migliorano ulteriormente le qualità di una batteria. Il problema, però, è che richiedono processi produttivi più sofisticati e costosi.
Torniamo quindi al punto di svolta per le batterie allo stato solido, ovvero le economie di scala. Sino a quando non sarà conveniente la produzione di questi dispositivi, sarà difficile vederle diffuse sul mercato. Quanto più per applicazioni su scala limitata o per fini sperimentali per utenti early adopter. Ma per gli esperti, le batterie a stato solido restano il futuro. Ci vorrà tempo, ma il cambio di passo è una questione più di quando che di se.
