Come funziona la batteria delle auto elettriche
Alla base del funzionamento di un'auto elettrica c’è la batteria. La produzione, a partire dalle singole celle, è lunga e complessa e solo in parte può essere gestita in prima persona dalle Case costruttrici.
In questo articolo
Come funziona la batteria di un’auto elettrica? Si tratta di un dispositivo che converte l’energia chimica in energia elettrica. Lo standard in ambito automotive sono le batterie litio-ione, ma esistono anche altre alternative.
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La produzione parte dai materiali (litio, cobalto, manganese, nichel, ferro) con cui vengono composte le singole celle, poi assemblate nella batteria. Per capirne di più, ci siamo fatti guidare da Silvia Bodoardo, professoressa di Chimica presso il Politecnico di Torino, del Gruppo di Elettrochimica del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico.
COME FUNZIONA UNA BATTERIA
Le batterie usate nelle auto elettriche (come tutte le batterie) convertono l’energia chimica in energia elettrica in modo reversibile.
Alla base del funzionamento della batteria c’è un processo chimico che genera un flusso di elettroni che va dall’anodo (ad esempio il carbonio o il litio metallico, parlando delle batterie più avanzate a livello automotive) al catodo (comunemente ossidi di vari metalli), che riceve elettroni, generando corrente continua.
“Una batteria è fatta da tanti moduli composti da celle che contengono le materie attive. Il resto è questione di gestione elettrica ed elettronica. Ma come si comporta la batteria dipende tutto da cosa c’è nella cella”, sintetizza Silvia Bodoardo.
I MATERIALI UTILIZZATI
I metalli più usati per la produzione di batterie per l’auto elettrica sono il litio, il cobalto, il manganese, il nichel e il ferro. Queste materie attive sono contenute nelle celle, cioè i moduli che compongono la batteria.
Il reperimento di questi materiali è essenziale per la produzione di batterie per l’auto elettrica. Il litio si trova in Australia, dove viene recuperato dai minerali (spodumene) e nel cosiddetto triangolo del litio, nella regione andina fra Argentina, Bolivia e Cile.
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Qui, dove i cinesi sono molto presenti, viene estratto in maniera più semplice ed economica dalle saline (con produzione di carbonato di litio).
LA PRODUZIONE DELLE CELLE
Per produrre energia elettrica, è necessario trattare i materiali attivi producendo fanghi con materiali carboniosi e leganti. Questo avviene presso aziende che producono le celle delle batterie. La miscela viene versata sopra un foglio sottile di metallo (alluminio per il catodo e rame per l’anodo). Successivamente un sistema di riscaldatori elimina il solvente e poi il rullo viene pressato per avere la compattezza ideale.
I rotoli vengono tagliati in quadrati o rettangoli e si fanno pacchetti con separatori di polimeri e fibre di vetro.
Così si forma una cella, che viene insacchettata in una coffee bag delle dimensioni di circa metà di un foglio A4. Ne servono qualche centinaio per fare una batteria.
DALLE CELLE AL PACCO BATTERIA
Moduli di celle formano il pacco batteria, che può essere connesso in vario modo e avere diverse caratteristiche.
Per garantire la sicurezza e il contenimento di tutte queste celle, la batteria viene sigillata all’interno di involucri metallici molto resistenti agli impatti. Questo serve a rendere le batterie il più possibile impermeabili all’acqua e a impedire la fuoriuscita di sostanze tossiche o l’innesco di incendi in caso di impatto.
LE CASE AUTO PRODUCONO BATTERIE?
Diverse Case automobilistiche vogliono assemblare il pacco batteria in prima persona. Nessuna, però, produce gli elettrodi.
“Sviluppare il pacco batterie richiede tempo, ma le Case possono disporre del know-how adatto. Produrre una batteria da zero, invece, è proprio un altro mestiere, servono competenze legate all’ingegneria chimica e dei materiali che non appartengono all’automotive”, spiega la professoressa Bodoardo.
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Tesla è l’unico produttore completamente integrato per produrre un veicolo elettrico, perché ha siglato un accordo con Panasonic tale per cui la sua Gigfactory in Nevada è di Tesla ma operata dal Gruppo giapponese.
Il vantaggio di comporre la propria batteria sta nel poter decidere il design e quindi il posizionamento nella scocca dell’auto.
Il problema è il tempo. Per produrre un nuovo motore servono circa 2 anni e frutta per 10-15 anni. Per produrre il pacco batterie servono circa 4 anni, il doppio del tempo, e ha necessità di essere cambiato più spesso.
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