Il mondo dell'elettrico sta affrontando un percorso di sviluppo che per certi versi può essere considerato ancora agli albori rispetto alle auto tradizionali. Al netto di quelli che sono stati già i grandi passi avanti, le potenzialità di sviluppo, soprattutto nelle batterie, sono ancora enormi.
Enevate, azienda con sede in California, sta continuando ad esempio a sviluppare una batteria che sfrutta un film poroso composto principalmente da silicio puro. Cosa si intende? Iniziamo da un assunto: i film porosi per lo più di silicio possono contenere più ioni di litio, e possono farli spostare in maniera più veloce. Ma non solo, perché oltre all'evidente effetto di velocizzare di molto la ricarica, ci sarebbero vantaggi anche in termini di costi.
I produttori per anni hanno cercato di sostituire l'anodo di grafite nelle batterie agli ioni di litio con una versione in silicio. Alcune batterie con anodi di silicio si stanno già avvicinando al mercato, con la presenza di ossido di silicio o una miscela di silicio e carbonio.
400 km di autonomia in 5 minuti
Enevate stima di poter ottenere grazie all'impiego del silicio puro un'autonomia maggiore del 30% con una singola carica elettrica compresa tra 1.000 e 2.000 mAh/g. Teoricamente, secondo l'azienda, questo tipo di batteria può avere una carica sufficiente per 400 km di autonomia in 5 minuti.
Come funziona dunque questa soluzione? Quando le batterie agli ioni di litio sono cariche, gli ioni si spostano dal catodo all'anodo. Più ioni può contenere l'anodo, maggiore è la sua capacità energetica e maggiore è la durata della batteria. In teoria dunque, il silicio può contenere dieci volte l'energia della grafite.
La ricerca sulla batterie
Il rovescio della medaglia
Il rovescio della medaglia però è rappresentato dalla sua natura: il silicio si espande e si contrae in maniera fin troppo evidente, con il rischio di disgregarsi dopo alcuni cicli di carica. Per ovviare a ciò, alcuni produttori come Tesla oggi aggiungono solo limitate quantità di silicio alla polvere di grafite.
La polvere viene miscelata con un collante in plastica rivestito su una sottile lamina di rame per formare l'anodo. Una soluzione non del tutto ottimizzata perché gli ioni di litio reagiscono prima con il silicio che con la grafite.
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La strada di Enevate
Il processo brevettato da Enevate ha creato un film di silicio poroso da 10 a 60 µm direttamente su una lamina di rame. Sulla parte superiore c'è anche un rivestimento protettivo spesso nanometri che impedirebbe dunque al silicio di reagire con l'elettrolita. Il processo non richiede silicio di alta qualità quindi gli anodi di questi tipo costano meno delle loro omologhe in grafite. E considerando che il materiale è principalmente silicio, gli ioni di litio possono scivolare molto rapidamente, caricando la batteria al 75% della sua capacità in cinque minuti come detto sopra, senza comportare molta espansione.
Quando l’anodo viene abbinato ad un catodo ad alto contenuto di nichel, la batteria può raggiungere i 1.000 cicli vita se utilizzata sulle auto elettriche a temperature inferiori ai -20°C. La densità di energia è di 800 Wh/L rispetto ai 500-600 Wh/L tradizionali.
A testimonianza dell'interesse, tra gli investitori della azienda ci sono LG-Chem e Samsung. Tra l'altro, John Goodenough, pioniere della batteria al litio, e vincitore del premio nobel per la chimica nel 2019, fa parte del board dell'azienda.