Quando arriva la ricarica iperveloce per le auto elettriche

Quanto tempo è durata la vostra ultima sosta dal benzinaio? Tre minuti? Cinque minuti? La verità è che probabilmente non ci avete nemmeno pensato. Per i proprietari di auto elettriche, fare il pieno è tutta un'altra storia. La ricarica rapida della batteria di un veicolo elettrico è una procedura molto più delicata. Richiede l'immissione di livelli di energia molto alti nelle celle delle batterie agli ioni di litio, soggette a surriscaldamento e a reazioni chimiche indotte.

Di conseguenza, la "ricarica rapida" di un veicolo elettrico in un luogo come un Supercharger Tesla è in realtà piuttosto lenta. Si parla di 20 minuti o un'ora per una carica completa, a seconda delle capacità di un particolare veicolo.

Questa situazione deve migliorare, e in fretta, per indurre un maggior numero di persone ad acquistare veicoli elettrici. La buona notizia è che i ricercatori, le case automobilistiche e le startup produttrici di batterie stanno innovando rapidamente per ridurre i tempi di ricarica a 10 minuti. Arrivare poi a cinque minuti richiederà altro tempo.

Perché la ricarica veloce dei veicoli elettrici è difficile

Ci sono un paio di ostacoli persistenti che si frappongono all'utopia della ricarica veloce. Per capirli è necessario conoscere le basi del funzionamento delle batterie.

A livello fondamentale, le batterie agli ioni di litio immagazzinano e rilasciano energia utilizzando particelle cariche (ioni di litio) che scorrono tra un elettrodo positivo (l'anodo) e uno negativo (il catodo). Collegando una batteria a una fonte di energia, gli ioni nuotano verso l'anodo, ma se vengono forzati a farlo troppo rapidamente si verificano spiacevoli effetti collaterali. Nel migliore dei casi, questi problemi possono diminuire la capacità della batteria e ridurne la durata di vita. Nel peggiore dei casi, possono far saltare tutto.

Anodo, catodo e separatore vengono assemblati in fogli sovrapposti

Il problema principale è la placcatura del litio, spiega il professore di ingegneria chimica dell'Università della California, Berkeley, Bryan McCloskey. Se si inviano troppi ioni verso l'anodo tutti insieme, possono accumularsi in modo permanente sulla sua superficie come depositi di litio metallico, che "ama reagire essenzialmente con tutto". In casi estremi, spiega McCloskey, la placcatura di litio può causare cortocircuiti e incendi violenti della batteria. 

Una spinta troppo energica degli ioni di litio può anche produrre un attrito eccessivo e causare un surriscaldamento. Proprio come la placcatura del litio, questo può innescare reazioni indesiderate che degradano le prestazioni della batteria, afferma McCloskey. 

Questo significa che anche i modelli a ricarica più rapida potrebbero non sbalordire gli automobilisti che hanno fatto benzina per tutta la vita.

Hyundai Ioniq 6

Lucid Air Sapphire

La Hyundai Ioniq 6 può ricaricare la sua batteria dal 10% all'80%, l'equivalente di circa 402 km di guida, in 18 minuti. La startup californiana Lucid Motors sostiene che la sua costosa berlina di lusso Air può aggiungere 321 km di autonomia in 12 minuti (nessuno pensa realmente al tempo di ricarica dei veicoli elettrici in termini di vuoto/pieno, perché la ricarica rallenta a dismisura quando la batteria si avvicina al 100%). I parametri di riferimento più comuni sono 321 km o 80%).

La chiave per accelerare i tempi è trovare il modo di permettere agli ioni di litio di muoversi più liberamente all'interno della batteria senza compromettere troppo la densità energetica. È su questo che McCloskey sta lavorando nell'ambito di un programma del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti volto a creare batterie che possano raggiungere uno stato di carica dell'80% in 10 minuti o meno. 

Non è ancora possibile acquistare un'auto che si ricarica così rapidamente, ma è in arrivo. E l'impatto di questo progresso potrebbe essere molto più profondo del semplice risparmio di tempo per gli automobilisti.

La ricarica più veloce potrebbe incrementare le vendite

Una ricarica più veloce, più conveniente e più attraente sarà una forza trainante fondamentale per la prossima ondata di vendita dei veicoli elettrici, un'ondata che coinvolgerà gli acquirenti di tutti i giorni, non solo gli appassionati.

Secondo JD Power, una società di ricerca che si occupa di sondaggi tra gli acquirenti di veicoli elettrici, oggi la sessione media di ricarica rapida dura 31 minuti. Gli automobilisti non ne sono esattamente entusiasti, tanto che di recente hanno valutato la loro soddisfazione per la velocità di ricarica rapida con un 609 su una scala di 1.000 punti.  "Quello che abbiamo ora non è abbastanza veloce, altrimenti non avremmo punteggi così bassi", ha detto a InsideEVs Brent Gruber, direttore esecutivo del settore EV dell'azienda. 

Anche se le reti di ricarica sono migliorate e i veicoli sono diventati tecnologicamente più avanzati, il punteggio di soddisfazione è diminuito negli ultimi due anni, una tendenza che Gruber attribuisce in parte al cambiamento demografico degli acquirenti di veicoli elettrici. I primi acquirenti erano sufficientemente entusiasti delle loro Tesla da trascurare le soste ai box, che facevano perdere tempo. Gli acquirenti tradizionali non sono così indulgenti.

La ricarica pubblica diventerà sempre più importante con il fiorire del mercato dei veicoli elettrici. Secondo Gruber, la maggior parte degli americani che hanno acquistato veicoli elettrici finora vive in case monofamiliari e si collega principalmente al garage o al vialetto, ma sono sempre di più gli abitanti di appartamenti che si affidano alla ricarica pubblica. 

Tesla Supercharger

Le batterie sono il collo di bottiglia

Le stazioni di ricarica più potenti di oggi sono in grado di erogare abbastanza succo per ricaricare completamente, in teoria, una batteria di dimensioni moderate in circa 10 minuti. Sono le batterie stesse che non riescono a gestire questo flusso di corrente. Ma la situazione è destinata a cambiare.

"L'infrastruttura di ricarica rapida esistente non solo è disponibile, ma è anche ampiamente sottoutilizzata", afferma Chao-Yang Wang, ricercatore di batterie presso la Penn State University che ha sviluppato celle in grado di ricaricarsi all'80% in meno di 10 minuti. La sua tecnologia utilizza un foglio di nichel ultrasottile per preriscaldare le batterie a 60 gradi Celsius prima della ricarica, evitando la placcatura del litio e consentendo una migliore dissipazione del calore. Wang afferma che le sue celle sono in fase di test da parte di diverse case automobilistiche. 

Wang ritiene che la ricarica ultraveloce potrebbe risolvere una serie di problemi di crescita che affliggono la transizione verso il trasporto a emissioni zero. Se gli automobilisti sapessero di poter ricaricare in pochi minuti, sarebbero tranquilli nell'affrontare viaggi più lunghi. Inoltre, non chiederebbero 400/800 km di autonomia e le batterie grandi, costose e ricche di risorse che questo tipo di chilometraggio richiede. 

"Forse ogni due giorni ogni persona ha bisogno di 11 litri d'acqua, ma non ci portiamo mai dietro bottiglie d'acqua così grandi", dice. "Portiamo con noi una bottiglia da un litro perché sappiamo di poterci rifornire di acqua ovunque e in qualsiasi momento, giusto?".

La startup israeliana StoreDot ha sviluppato celle per batterie in grado di caricarsi dal 10% all'80% in 10 minuti utilizzando un anodo fatto di silicio, anziché la tipica grafite. Denominata 100in5, che si riferisce a 100 miglia di autonomia in cinque minuti (160 km), la tecnologia alimenterà la berlina Polestar 5 quando sarà lanciata nel 2026. Doron Myersdorf, CEO di StoreDot, ha detto che se sarà pronta in tempo e che l'azienda potrebbe sostituirla con la chimica di nuova generazione, la 100in4.

Polestar 5

Cosa succederà?

Una carica di 10 minuti all'80% supera i limiti della nostra attuale infrastruttura di ricarica. In teoria, gli esperti sostengono che accelerare il processo fino a cinque minuti, come avviene per la benzina, potrebbe essere possibile, ma richiederebbe l'installazione di caricabatterie pubblici in grado di erogare circa il doppio della potenza delle unità più potenti di oggi, che hanno una potenza nominale di 350 kilowatt e sono ancora rare.

"Cinque minuti è certamente un obiettivo ambizioso. Non c'è dubbio", ha detto McCloskey. "Ma allo stesso tempo non credo che sia del tutto fuori dal campo delle possibilità".

StoreDot è più ottimista e prevede di produrre una cella chimica da 100in3 nel 2028, seguita da una cella da 100in2 nel 2032. Myersdorf pensa che i caricabatterie pubblici da 700 kilowatt saranno comuni, ma riconosce che l'evoluzione dell'infrastruttura non sarà né rapida né facile. "Tra cinque anni, penso che 350 sarà un tipo di stazione di base", ha detto. 

Non siate delusi

Una delle cose migliori delle auto a batteria è che con un collegamento elettrico abbastanza semplice ed economico rispetto alle potenti prese di corrente delle aree di sosta autostradali, è possibile ricaricare lentamente un'auto praticamente ovunque: per strada, in ufficio, in un parcheggio, al centro commerciale.

Sfruttare il vero potenziale dei veicoli elettrici potrebbe significare investire in tantissime prese per la ricarica lenta, in grado di mantenere le auto al loro livello ogni volta che sono parcheggiate. Forse le auto vanno bene così. È il nostro cervello che ha bisogno di essere ricablato.

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