Svolta per le batterie al silicio delle auto elettriche

Proprio come le auto e i dispositivi tecnologici, anche la tecnologia delle batterie evolve a fasi. A volte arrivano svolte, altre volte i miglioramenti sono incrementali, con piccoli passi avanti anno dopo anno.

Ma all’orizzonte si profila una svolta importante. Nella corsa ad aumentare l’autonomia e ridurre i tempi di ricarica delle celle agli ioni di litio, l’industria delle batterie cerca da tempo di sostituire gli anodi in grafite — la parte della batteria che immagazzina gli elettroni — con un materiale migliore e più denso dal punto di vista energetico. Alcune aziende, come Group14, ritengono che il sostituto ideale della grafite sia il silicio. E ora dispongono di una prova concreta.

Group14 Technologies, sostenuta da Porsche, ha collaborato con la statunitense Sionic Energy per sviluppare anodi al silicio. Le due aziende hanno annunciato i risultati congiunti, affermando che i loro anodi al 100% silicio-carbonio hanno dimostrato prestazioni stabili ad alte temperature durante i cicli di carica-scarica e in fase di stoccaggio. Gli anodi sono stati testati in celle pouch da 4, 10 e 20 ampere-ora, che — secondo le aziende — hanno mantenuto prestazioni stabili a 45 gradi Celsius e a 60 gradi Celsius.

Batteria elettrica della Porsche Cayenne.

Foto di: Porsche

Per chi non è pratico di batterie, vale la pena chiarire: l’anodo è la parte della batteria in cui gli ioni di litio vengono immagazzinati durante la ricarica e da cui vengono rilasciati durante l’uso. È l’elemento che influisce in modo determinante sulla quantità di energia che una cella può contenere e sulla velocità di ricarica.

La grafite è stata finora il materiale di riferimento grazie alla sua stabilità e all’elevata densità energetica. Ma la sua estrazione è costosa, inquinante e comporta rischi geopolitici, dato che la Cina è il principale produttore ed esportatore mondiale, con oltre il 90% della grafite globale lavorata nel 2023. Per ridurre la dipendenza da questa filiera concentrata e rafforzare l’autonomia industriale occidentale, i produttori stanno sperimentando alternative come il silicio e la grafite sintetica.

Secondo la European Carbon and Graphite Association, l’anodo è anche il componente più voluminoso di una batteria ed è il principale responsabile del peso del pacco. Un accumulatore contiene più grafite che litio o materiali attivi del catodo, come nichel, cobalto e manganese. Sostituirla con un anodo al silicio, più leggero, permetterebbe non solo di ridurre il peso complessivo, ma anche di diminuire le dimensioni della batteria senza sacrificare densità energetica e autonomia.

“Per anni ho visto il settore inseguire le promesse del silicio scontrandosi con complessità, costi, tempi di sviluppo e prestazioni limitate”, ha dichiarato Ed Williams, presidente e ceo di Sionic Energy.

“Per questo sono orgoglioso di condividere questo traguardo di Sionic e la partnership con Group14, che abbatte queste barriere e accelera l’adozione del silicio su larga scala”.

Batteria ad alta tensione di Rimac Technology

Foto di: Rimac

Secondo le aziende, gli anodi al silicio possono portare la densità energetica fino a 400 wattora per chilogrammo, ben oltre i 200-300 Wh/kg tipici delle batterie attuali. Affermano inoltre che la tecnologia è “pronta per il mercato”, con una durata superiore a 1.200 cicli. Vengono riconosciuti alcuni limiti del silicio rispetto alla grafite, come il rigonfiamento dell’elettrolita, l’espansione delle celle e la perdita irreversibile di capacità in condizioni critiche. Però, in un white paper pubblicato online, le aziende sostengono di aver risolto questi problemi grazie al legante proprietario e all’architettura degli anodi sviluppati da Sionic.

Group14 sostiene che il suo anodo al silicio consente ricariche in meno di 10 minuti, a seconda dell’applicazione, e offre il 55% di energia in più rispetto ai pacchi tradizionali. Gli anodi sono inoltre “plug-and-play”, ossia integrabili in qualsiasi formato di cella e linea produttiva senza modifiche agli impianti. Sionic Energy ha sviluppato una soluzione analoga, che dovrebbe arrivare nel settore auto già il prossimo anno, seguita dai sistemi di accumulo energetico nel 2027.

Le batterie con anodi al silicio sono già presenti negli smartphone cinesi di fascia alta, dove offrono capacità nettamente superiori rispetto a dispositivi come iPhone e Google Pixel, senza aumentare lo spessore.

McMurtry Spéirling Pure

Resta quindi una domanda chiave: questa tecnologia potrà garantire risultati simili anche nei veicoli elettrici di massa? Finora è stata limitata a modelli ad alte prestazioni. La tecnologia di Group14 è già utilizzata nel pacco batteria da 100 kWh della McMurtry Spéirling, una hypercar monoposto a trazione posteriore con ventola per la deportanza, capace di accelerare da 0 a 60 mph in 1,5 secondi e di coprire il quarto di miglio in 8 secondi.

Mercedes ha annunciato nel 2022 che la Classe G elettrica avrebbe utilizzato anodi al silicio della rivale Sila per ottenere fino al 40% di densità energetica in più. La batteria da 116 kWh della Classe G elettrica garantisce 239 miglia (385 km) di autonomia in ciclo americano EPA, un risultato notevole per un SUV da 3.000 kg, anche se non rappresenta ancora una svolta. Non è chiaro se la tecnologia sia stata effettivamente adottata sul modello di serie o se arriverà in futuro; Mercedes non ha risposto a una richiesta di commento.

Tuttavia, visto che la tecnologia è già stata commercializzata negli smartphone, una diffusione più ampia nelle auto elettriche potrebbe non essere lontana. Anche General Motors sta sviluppando anodi al silicio e un dirigente ha dichiarato a InsideEVs US che queste batterie aiuteranno a ridurre dimensioni, peso e costi.

Così, mentre i costruttori continuano a parlare di batterie allo stato solido, emerge chiaramente che esiste ancora un ampio margine di miglioramento per le attuali batterie agli ioni di litio. Soluzioni come quelle prive di grafite potrebbero rendere le auto elettriche più efficienti, veloci da ricaricare e migliori che mai.

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