Batterie auto elettriche: le 10 innovazioni più importanti del 2020

Tante tecnologie e un unico obiettivo: ridurre i costi e aumentare le prestazioni. Il riassunto di un anno di progetti di ricerca

Di: Francesco Barontini

31 dic 2020 alle 12:14

Auto elettrica per certi versi è sinonimo di batteria. Su questo aspetto si concentrano i maggiori sforzi dei big del settore, che proprio grazie a nuove tecnologie e prodotti sempre più efficienti possono conquistare un vantaggio competitivo rispetto alla concorrenza. E al contempo, minare dalla base tutti i timori legati alla range anxiety.

Nell’immaginario collettivo le batterie allo stato solido continuano ad apparire come la soluzione “finale”, la massima espressione tecnologica e il punto di arrivo della mobilità a batteria. Ma tante sono le idee allo studio di aziende e istituti di ricerca per migliorare le prestazioni di celle realizzate con tecnologie solo apparentemente meno “di rottura”. Passiamo quindi in rassegna i passaggi più caldi per le batterie di questo 2020.

Lo stato solido si avvicina

Nel corso dell'anno abbiamo visto nuove formule chimiche, elettrodi con strutture porose, rivestimenti particolari, architetture alternative e tanto altro ancora (incluso addirittura il DNA dei salmoni). Le batterie agli ioni di litio possono ancora fare la differenza, anche con soluzioni basate sul litio-metallo e il litio-zolfo. E poi c'è lo stato solido.

Partiamo proprio dallo stato solido per raccontare quali siano stati i progressi più significativi e cosa aspettarci nel futuro. In generale, su questa tecnologia si è assistito ad una decisa accelerazione. Nel 2019 si diceva che non sarebbe arrivata prima della fine del decennio ma ora i tempi sembrano molto ridotti.

Mercedes, ad esempio, ha già messo in vendita autobus per il trasporto cittadino dotati di batterie allo stato solido con capacità di 441 kWh. Hanno autonomia di circa 300 km ed entreranno ufficialmente in servizio nel 2022.
Toyota farà ancora prima. La Casa nipponica ha infatti detto che nel 2021 presenterà il primo veicolo completo con batteria di questo tipo, sulla quale ha depositato più di 1.000 brevetti. Sarà ancora allo stadio di prototipo e avrà circa 500 km di autonomia.
Tra le realtà più interessanti che operano nel campo dello stato solido c’è sicuramente l’americana QuantumScape, azienda che grazie anche ai finanziamenti da parte di Volkswagen e Bill Gates, forti sostenitori del progetto, promette di arrivare a presentare una batteria con elettrolita ceramico nel 2024 o, al più tardi, nel 2025. Si tratterà di una batteria in grado di reggere 800 cicli di ricarica e di garantire, per ognuno di essi, un’autonomia di circa 500 km.

Milioni di km

Il 2020 sarà ricordato anche per le batterie da un “milione di miglia”, annunciate da più parti, dopo tanto clamore i progetti sembrano tornati nei cassetti. Non è detto che si vedranno a breve, ma tre sono le aziende che sembrano essere più avanti degli altri.

Tesla è stata la prima a dire di essere al lavoro su una tecnologia che fosse in grado di regalare prestazioni fino a qualche anno fa impensabili. Per arrivare a risultati concreti si sta avvalendo della collaborazione di Jeff Dahn, professore della canadese Dalhousie University, che sta lavorando su un catodo NMC 532 a cristallo singolo affiancato da un elettrolita brevettato.
SVolt, azienda cinese costola di Great Wall, poco prima del Battery Day Tesla, ha annunciato una batteria dalle prestazioni simili a quelle annunciate da Elon Musk e soci. SVolt, durante un evento dedicato, ha raccontato di aver messo a punto una batteria agli ioni di litio senza cobalto in grado di funzionare per 15 anni e 1,2 milioni di km. L’azienda cinese lo scorso maggio annunciò anche che sarebbero costate meno.
Riguardo alle batterie ad altissime prestazioni CATL è stata quella ad aver dichiarato di essere in procinto di mettere in commercio quella con prestazioni maggiori. Il colosso cinese delle batterie, infatti, a giugno ha detto di aver messo a punto una tecnologia che rendeva le batterie capaci di percorrere 2 milioni di km e di durare 16 anni. Zeng Yuqun, presidente dell’azienda, disse di essere pronto ad entrare in produzione e di attendere solo il primo ordine da parte di un cliente che però, al momento, non si è ancora presentato.

Tra litio-metallo e litio-zolfo

Tanti sono gli sforzi sulla messa a punto di tecnologie alternative e potenzialmente rivoluzionarie. Tra le più interessanti ci sono quelle sul litio-metallo e sul litio-zolfo. Le batterie che adottano una di queste tecnologie hanno una densità di molto maggiore rispetto a quelle agli ioni di litio e sono in linea teorica anche meno costose e più facili da produrre.

Sono però anche altamente instabili e decadono precocemente a causa della formazione di dendriti. Per questo, sono ancora lontane dal poter essere messe in commercio. Tanti sono però i soggetti che stanno lavorando sul tema.

Sulle celle al litio-metallo stanno lavorando sia l’Università di Stanford sia l’Università del Michigan. La prima ha trovato il modo di rendere l’elettrolita più stabile grazie all’aggiunta di fluorite, mentre la seconda punta su una struttura senza anodo. Sul litio-metallo lavora anche l’azienda americana Sion Power, che ha realizzato queste batterie per altre applicazioni ma potrebbe renderle compatibili anche in ambito automotive.
Tante sono le aziende che sono al lavoro anche sulle batterie litio-zolfo. C’è l’Università australiana di Monash che ha dotato la cella di catodo flessibile, c’è l’istituto coreano Daegu Gyeongbuk che hanno creato una particolare struttura porosa in silice, c’è LG Chem che ha già avviato la sperimentazione sul campo con velivoli in grado di viaggiare per 13 ore, c’è l’americana NexTech Batteries che usa nanopiastrine in grafene prodotte dall’italiana Directa Plus e c’è l’Università di Hong Kong che ha puntato su un catodo con nanoparticelle di solfuro di zinco.

Nuove strutture

Nell’anno che stiamo per metterci alle spalle, però, ci sono due tecnologie in tema di batterie che sono altrettanto rivoluzionarie e, a ben vedere, ad uno stadio già più avanzato di sviluppo. Si tratta delle nuove celle 4680 di Tesla, le uniche ad essere davvero vicine all'esordio, e delle batterie Apple in stile iPhone, che l’azienda di Cupertino avrebbe messo a punto per rispolverare in grande stile il progetto dell’auto elettrica che sembrava accantonato.

Delle 4680 sappiamo molto. Presentate da Elon Musk durante il Battery Day debutteranno sulla Model S Plaid e, da lì in poi, su altri modelli della Casa. Hanno una capacità migliorata del 500% e una potenza 6 volte superiore alle batterie usate attualmente. Saranno meno costose da produrre, quando si troveranno metodi in grado di garantirne grossi volumi (e su questo Panasonic sembra in vantaggio).
Apple, dal canto suo, sembrava aver abbandonato l’idea di realizzare un’auto propria. Invece, in queste ultime settimane le indiscrezioni su quello che sarà il risultato del Project Titan si rincorrono. L’auto Apple arriverà, forse già nel 2021 se ne vedrà l’aspetto, mentre dopo il 2024 potrebbe entrare in produzione. Tutto ruoterà intorno alla batteria che invece di essere divisa in moduli sarà realizzata in un blocco unico, come sui melafonini, con enormi vantaggi in termini di densità e prestazioni.