Sono in molti a ritenere che le batterie allo stato solido cambieranno il mondo dell’auto elettrica in modo radicale. Principalmente per due motivi: avranno una maggiore densità energetica e si caricheranno più in fretta. Oltre a questo, fattore non trascurabile, saranno anche più sicure perché meno infiammabili, e questo porterà i produttori di auto a risparmiare ulteriore peso e ulteriore spazio per l'impianto di raffreddamento e altri organi accessori.

Ma come sono fatte, di preciso, le batterie allo stato solido e a che punto siamo con questo tipo di tecnologia? Quali sono i principali ostacoli alla loro diffusione? Facciamo un po’ di chiarezza.

Questione di elettrolita

Il funzionamento di una batteria agli ioni di litio è abbastanza conosciuto, almeno nei suoi aspetti fondamentali. Gli elettroni che si spostano da anodo (polo positivo) a catodo (polo negativo) possono “viaggiare” tra i due poli attraverso un elettrolita: una sostanza che, appunto, è in grado di condurre corrente elettrica.

Nelle batterie attuali l’elettrolita è allo stato liquido, mentre in futuro potrebbe essere appunto allo stato solido. Svolgerà la stessa funzione, ma proprio il diverso stato comporterà tutti quei vantaggi appena descritti in termini di prestazioni e sicurezza. Questa tecnologia è già matura, e trova applicazione in certi ambiti di nicchia come quello dei pacemaker (ma non solo).

Georgia Institute of Technology: le batterie allo stato solido

I vantaggi dello stato solido

Le batterie con elettrolita liquido durante i cicli di carica e scarica si surriscaldano e per motivi di sicurezza hanno bisogno di una più attenta gestione termica. Un elettrolita solido, invece, è meno sensibile al calore. Proprio questa maggiore capacità di resistere alle alte temperature permette ai produttori di aumentare la potenza di ricarica e la densità energetica senza compromettere la sicurezza.

Inoltre, proprio per la maggiore densità energetica, si potranno realizzare batterie che a parità di dimensioni e peso di quelle attuali garantiranno autonomie maggiori. O, viceversa, batterie più piccole e leggere in grado però di garantire le stesse percorrenze delle auto elettriche già in commercio. In entrambi i casi, non si potrà che favorire la diffusione della mobilità a zero emissioni.

Gli ostacoli da superare

Se da una parte la tecnologia dello stato solido è già conosciuta, dall’altra l’ostacolo principale è rappresentato dall’allestimento di linee produttive con alti volumi. Principalmente perché è tutt'altro che semplice riuscire a creare un elettrolita solido che sia stabile, chimicamente inerte e con buone proprietà conduttive.

Tesla Giga Shanghai: produzione di batterie

Gli elettroliti solidi, infatti, tendono ad espandersi durante l’uso, e questo comporta il rischio di rotture e perdita di prestazioni. Inoltre, spesso portano alla formazione di dendriti: piccole escrescenze che minano l’integrità dell’anodo, con notevole riduzione della vita media della batteria stessa.

Inoltre, al momento attuale, le batterie allo stato solido sono (molto) più care da produrre. Gli esperti affermano che allo stato possano arrivare a costare anche 8 volte più di quelle tradizionali agli ioni di litio. Un’altra delle grandi sfide per chi vuole produrre batterie allo stato solido sarà proprio quella di farlo con metodi altamente standardizzati e simili a quelli utilizzati per batterie agli ioni di litio “tradizionali”.

Chi prova a costruirle

In ogni caso, per quanto si sia di fronte a difficoltà evidenti, sono in molti a investire per arrivare a produrre batterie allo stato solido, potenziale game changer della mobilità a zero emissioni. Gli esperti dicono che arriveranno tra circa 5 anni, ma altri promettono di averle pronte entro il 2024.

Solid Power: piattaforma e batterie allo stato solido
  • Toyota è tra le Case più attive nel campo delle batterie allo stato solido. Ci lavora da sola e anche con uno speciale team che collabora con Panasonic. Promette di portarle sul mercato nel 2025.
  • Volkswagen sta facendo altrettanto, collaborando con QuantumScape, che da molti è accreditata come l’azienda che più avanti si trova nello sviluppo di questa tecnologia. Le batterie allo stato solido della Casa tedesca dovrebbero arrivare a una densità energetica del 30% superiore di quella attuale e ricaricarsi da 0 a 80% in poco più di 10 minuti.
  • Stellantis ha avviato una partnership con Total, con la quale ha dato vita anche a una joint venture proprio per la produzione di batterie, e collabora con CATL. Gli esperti del gruppo nato dalla fusione di PSA e FCA credono che questo tipo di accumulatori sarà pronto nel 2026.
  • Ford e BMW hanno investito ingenti somme di denaro nella startup Solid Power, che promette densità maggiori fino al 50% e un taglio dei costi di produzione del 40% entro la metà del decennio.
  • Hyundai risponde con un lavoro di ricerca congiunto con SolidEnergy Systems, i cui frutti si vedranno nella seconda metà del decennio.

Oltre a queste iniziative, il mondo è pieno di costruttori di auto e di aziende specializzate nella produzione delle batterie che punta allo stato solido. Tra queste anche Tesla e Samsung, per fare due nomi, entrambi al lavoro – in modo indipendente – su accumulatori con elettrolita solido.