Batterie auto elettriche, tra futuro e assurde innovazioni

Si parla tanto di batterie, ma molto meno di come sono fatte. E come se non fosse abbastanza ogni giorno sembrano esserci novità e tecnologie futuristiche che ci permetteranno di guidare le nostre auto elettriche in modi sempre più efficienti, sostenibili e sicuri.

La maggior parte di noi (forse) conosce i principali materiali di cui sono fatte: ioni di litio, che sono anche quelle più diffuse; sodio; polimeri di litio. Ma c’è molto altro: ecco le tecnologie più promettenti e, diciamocelo, alcune delle più assurde.

Per approfondire: La Ue ha una direttiva specifica per le batterie.

LE BATTERIE CHE VEDREMO PROSSIMAMENTE

Batterie a stato solido (SSB)

Partiamo dalle “batterie del futuro” più prossime: le batterie allo stato solido. Utilizzando un elettrolita solido, invece di uno liquido, gli SSB forniscono una maggiore densità di energia utilizzando meno spazio. Di conseguenza, l’autonomia aumenta, il tempo di ricarica diminuisce (solo leggermente per la verità), il peso del veicolo diminuisce e c’è più spazio di carico.

Inoltre, gli SSB sono più resistenti al fuoco e hanno un ciclo di vita più lungo (secondo uno studio condotto ad Harvard del 2021 le batterie allo stato solido al litio metallico possono essere ricaricati almeno 10.000 volte).

Batterie al litio-zolfo

Una delle prime alternative agli ioni di litio utilizza anche materiali meno nocivi, più economici, più resistenti al fuoco ed è in grado di fornire una densità di energia fino a tre volte superiore: il litio-zolfo.

C’è però un grosso ma: il ciclo di vita molto breve, di sole 1.000 ricariche.

Batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4)

Un sostituto delle batterie al piombo che offre molti vantaggi, con un ciclo di vita di circa 5.000 ricariche, una densità di energia quattro volte superiore ed essendo atossiche (senza cobalto!) le batterie LiFePO4 sono circa il 50% più leggere delle altre batterie al litio.

È resistente alle alte temperature e quasi il 78% del materiale può essere riciclato. 

Batterie zinco-aria

Nel 2017, l’Università di Sydney ha iniziato a lavorare sulle batterie zinco-aria. Oggi però non sono ancora riusciti a rendere la batteria ricaricabile (sostanzialmente, al momento funziona come una pila usa e getta, non comodissimo).

Le batterie zinco-aria sono più piccole e leggere di quelle agli ioni di litio e alcuni esperti ritengono che forniranno fino al 500% di energia in più, a meno della metà del costo.

Batterie in fibra di carbonio

Sviluppate dalla Chalmers University of Technology di Göteborg, queste batterie contengono fibra di carbonio che funge da elettrodo, conduttore e materiale portante. La batteria ha una capacità di circa solo il 20% in più rispetto agli ioni di litio, ma – poiché i pesi dei veicoli elettrici stanno diminuendo – i ricercatori ritengono che sarà l’ideale.

Batteria in carbonio ultra veloce

Brevettata da NAWA Technologies in Francia, questa batteria con elettrodo di carbonio ha il potenziale per aumentare l’energia della batteria di dieci volte e il ciclo di vita di cinque volte. Questo tipo di batteria sarà disponibile già nel 2023, quando entrerà in produzione.

Batteria nichel-manganese

 La ricerca di batterie senza cobalto si basa sul rendere la tecnologia più economica e più sostenibile. Sviluppata da CATL e dal produttore cinese SVOLT, con il controbuto dell’Università del Texas, è formata da celle NMx composte dal 75% di nichel e dal 25% di manganese.

Batteria ad anodo di silicio

I ricercatori dell’Università della Finlandia orientale hanno sviluppato un anodo a film di silicio mesoporoso autoportante, in grado di gestire l’espansione del volume durante il ciclo. Questo potrebbe essere il “Santo Graal” della tecnologia delle batterie, con una capacità di accumulo di energia quasi dieci volte quella degli anodi di grafite nelle batterie agli ioni di litio.

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LE BATTERIE DEL FUTURO LONTANO

Mentre molti scienziati stanno lavorando duramente sulle tecnologie delle batterie per veicoli elettrici di domani, alcuni osano già sognare ciò che potrebbe essere in un futuro ben più distante.

Batterie ad acqua di mare

Saltando completamente i minerali delle terre rare, gli scienziati dell’IBM hanno avuto l’idea di utilizzare materiali estratti dall’acqua di mare.

In sviluppo al Battery Lab di IMB Research, la “batteria ad acqua di mare” costerebbe meno, si caricherebbe molto velocemente, avrebbe una densità di energia più elevata e sarebbe più resistente al fuoco rispetto alla batteria agli ioni di litio. Inoltre, eliminerebbe il costo umano e ambientale dell’estrazione mineraria.

Batterie a sabbia

La grafite, utilizzata per l’anodo nelle batterie agli ioni di litio, può essere sostituita da silicio su scala nanometrica per aumentare le prestazioni. Tuttavia, il silicio su scala nanometrica si degrada rapidamente ed è difficile da produrre.

Fortunatamente, in teoria, può essere sostituito dal biossido di silicio, che si trova comunemente nel quarzo ed è l’ingrediente principale della sabbia. Questo è ciò su cui stanno lavorando i ricercatori dell’Università della California dal 2014.

Semiconduttori biologici

L’ultima idea futuristica – fino alla prossima – arriva dall’Università di Tel Aviv. Utilizzando “nanodots” derivati da materiale organico, la batteria prototipo che hanno creato può caricare le batterie degli smartphone in 30 secondi (come nel video sotto).

Ancora in fase di ricerca, i semiconduttori biologici potrebbero un giorno essere utilizzati nelle batterie dei veicoli elettrici.

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E POI C’È LA RICARICA (MOLTO) SMART

Nel 2024, il 58% dei pali di ricarica per veicoli elettrici utilizzerà la tecnologia cellulare o Wi-Fi e Bluetooth, almeno secondo una società svizzera di semiconduttori (la U-blox) che prevede di utilizzare le smart road per caricare le batterie.

La connettività avanzata potrebbe rendere possibile utilizzare le radiofrequenze per caricare i veicoli elettrici, ovvero si potrà utilizzare il Wi-Fi per ricaricare l’auto.