La tecnologia delle batterie dei veicoli elettrici (EV) ha visto rapidi progressi negli ultimi anni, determinando l’adozione diffusa dei veicoli elettrici e spingendo l’industria automobilistica verso un futuro più sostenibile. Impariamo a conoscere lo stato attuale della tecnologia delle batterie per veicoli elettrici, le recenti scoperte e gli sviluppi promettenti all’orizzonte.
Stato attuale delle batterie dei veicoli elettrici
A partire dal 2024, le batterie agli ioni di litio rimarranno la tecnologia dominante per i veicoli elettrici. Queste batterie hanno fatto molta strada dalla loro introduzione nell’elettronica di consumo, con miglioramenti significativi in termini di densità energetica, velocità di ricarica e longevità.
La domanda globale di batterie agli ioni di litio è aumentata, spinta dalla rapida crescita delle vendite di veicoli elettrici, in particolare in regioni come Cina, Europa e Stati Uniti. Questo aumento della domanda ha portato anche a investimenti significativi negli impianti di produzione di batterie in tutto il mondo. Nonostante i loro vantaggi, le batterie agli ioni di litio devono affrontare sfide come elevati costi di produzione, vincoli nella catena di approvvigionamento per materiali critici come litio, cobalto e nichel e preoccupazioni ambientali legate all’estrazione mineraria e al riciclaggio.
Densità e portata dell’energia
Le moderne batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici hanno in genere una densità di energia compresa tra 250 e 300 wattora per chilogrammo (Wh/kg). Ciò consente un’autonomia di 250-400 miglia (400-640 km) con una singola carica per molti veicoli elettrici di fascia alta. Alcuni modelli di auto di lusso, come la Lucid Air, vantano un’autonomia di oltre 500 miglia (800 km).
Velocità di ricarica
Le capacità di ricarica rapida sono migliorate notevolmente. Molti veicoli elettrici ora possono caricarsi dal 10% all’80% in 30-40 minuti utilizzando caricabatterie rapidi CC. Alcuni modelli di auto più recenti, dotati di architettura a 800 volt, possono raggiungere velocità di ricarica ancora più elevate, aggiungendo fino a 200 miglia (320 km) di autonomia in soli 15 minuti.
Durata della batteria
Le moderne batterie dei veicoli elettrici sono progettate per durare l’intera vita del veicolo. Molti produttori offrono garanzie di 8-10 anni o 100.000-150.000 miglia. I dati del mondo reale mostrano che la maggior parte delle batterie dei veicoli elettrici conserva oltre il 90% della capacità originale dopo 100.000 miglia di utilizzo.
Riduzione dei costi
I costi delle batterie sono diminuiti significativamente negli ultimi dieci anni. Nel 2010 le batterie costavano circa 1.000 euro al kilowattora (kWh). Entro il 2024, il costo medio è sceso a circa 100 euro/kWh, con alcuni produttori che hanno segnalato costi inferiori a 90 euro/kWh. Questa drastica riduzione è stata un fattore chiave nel rendere i veicoli elettrici più convenienti e competitivi rispetto ai veicoli con motore a combustione interna.
Scoperte recenti e tecnologie emergenti
Batterie allo stato solido
Le batterie allo stato solido sono considerate il prossimo grande passo avanti nella tecnologia delle batterie per veicoli elettrici. Queste batterie utilizzano un elettrolita solido invece degli elettroliti liquidi o gel presenti nelle tradizionali batterie agli ioni di litio. I vantaggi includono:
- Maggiore densità di energia (potenzialmente superiore del 50-100% rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio)
- Tempi di ricarica più rapidi
- Maggiore sicurezza (riduzione del rischio di incendi)
- Durata della vita più lunga
Diverse importanti case automobilistiche e startup stanno investendo molto nella tecnologia a stato solido. Toyota ha annunciato l’intenzione di introdurre il suo primo veicolo elettrico con batteria a stato solido entro il 2025, mentre QuantumScape, sostenuta da Volkswagen, mira ad avviare la produzione nel 2024-2025.
Anodi di silicio
La sostituzione dei tradizionali anodi di grafite con materiali a base di silicio può aumentare significativamente la capacità della batteria. Teoricamente il silicio può immagazzinare fino a 10 volte più ioni di litio rispetto alla grafite. Tuttavia, il silicio si espande notevolmente durante la ricarica, il che può portare al degrado nel tempo.
Aziende come Sila Nanotechnologies e Group14 Technologies hanno sviluppato anodi a base di silicio che affrontano queste sfide. Si prevede che questi anodi aumenteranno la densità energetica del 20-40% rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio. Alcune case automobilistiche, tra cui Mercedes-Benz, hanno già annunciato l’intenzione di incorporare batterie con anodi di silicio nei prossimi modelli di veicoli elettrici.
Batterie litio-zolfo
Le batterie al litio-zolfo (Li-S) offrono il potenziale per densità di energia ancora più elevate rispetto alle batterie allo stato solido, teoricamente fino a 500 Wh/kg. Inoltre utilizzano materiali più abbondanti e meno costosi rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio.
Sebbene le batterie Li-S debbano affrontare sfide in termini di durata del ciclo e stabilità, recenti ricerche hanno mostrato risultati promettenti. Nel 2023, i ricercatori della Drexel University hanno sviluppato un nuovo tipo di materiale catodico che ha migliorato significativamente la durata delle batterie Li-S, rendendole potenzialmente utilizzabili per applicazioni per veicoli elettrici.
Batterie agli ioni di sodio
Mentre crescono le preoccupazioni sulla disponibilità a lungo termine e sull’impatto ambientale dell’estrazione del litio, le batterie agli ioni di sodio stanno guadagnando attenzione come potenziale alternativa. Il sodio è molto più abbondante e distribuito uniformemente a livello globale rispetto al litio.
Sebbene le batterie agli ioni di sodio attualmente abbiano una densità energetica inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, offrono vantaggi in termini di costi, sicurezza e prestazioni a bassa temperatura. Il colosso cinese delle batterie CATL ha già iniziato la produzione di batterie agli ioni di sodio e diverse case automobilistiche stanno esplorando il loro potenziale per l’utilizzo nei veicoli elettrici entry-level e nelle applicazioni di accumulo di energia.
Prospettive e sfide future
Il settore delle batterie per veicoli elettrici si sta evolvendo rapidamente, con numerose tecnologie che competono per diventare il prossimo standard del settore. Mentre le batterie allo stato solido sono ampiamente viste come il progresso più promettente a breve termine, altre tecnologie come le batterie al litio-zolfo e agli ioni di sodio potrebbero svolgere un ruolo significativo nel futuro ecosistema dei veicoli elettrici.
Le principali sfide che ricercatori e produttori stanno lavorando per affrontare includono:
- Ulteriore aumento della densità energetica per estendere l’autonomia dei veicoli elettrici e ridurre il peso del veicolo
- Miglioramento delle capacità di ricarica rapida senza compromettere la durata della batteria
- Migliorare la sicurezza della batteria, soprattutto in condizioni estreme
- Ridurre la dipendenza da materiali rari o geopoliticamente sensibili
- Sviluppare processi di riciclaggio più sostenibili ed efficienti per le batterie a fine vita
Una volta affrontate queste sfide, possiamo aspettarci di vedere veicoli elettrici con autonomia più lunga, tempi di ricarica più rapidi e costi inferiori nei prossimi anni. Il continuo progresso della tecnologia delle batterie svolgerà un ruolo cruciale nell’accelerare la transizione globale verso il trasporto sostenibile.
