Tutti i tipi di batteria per auto elettriche, spiegati nel dettaglio
Quello che dovete sapere sulla batteria del vostro veicolo elettrico e come influisce su autonomia, ricarica e prestazioni
Non esiste una soluzione unica per tutti quando si parla di batterie, specialmente quelle utilizzate nelle applicazioni automobilistiche.
Per i veicoli elettrici, le case automobilistiche utilizzano diverse chimiche, formati di celle e design di pacchi batterie basati su compromessi tra costo, autonomia e prestazioni, molto simile a come i motori variano dai piccoli quattro cilindri aspirati ai V8 turbo. Ma se sei un appassionato occasionale di veicoli elettrici o semplicemente una persona interessata a questo settore, come puoi dare un senso a tutto ciò?
Per chiunque sia affascinato dal mondo delle batterie per veicoli elettrici, ecco una ripartizione delle principali chimiche che alimentavano i primi veicoli elettrici, quelle che i modelli di oggi utilizzano per partire e le tecnologie che modellano il futuro. Se sei già esperto in questo settore, facci sapere se ci è sfuggita qualche chimica importante all'orizzonte, o una che ha lasciato il segno in passato. Iniziamo.
Piombo-acido
Batteria piombo-acido
Le batterie piombo-acido sono le più antiche batterie ricaricabili ancora ampiamente utilizzate. Sono economiche, affidabili e facili da riciclare. Quella batteria da 12 volt usata nella tua auto a benzina o in una vecchia auto elettrica è una batteria piombo-acido, come è stato per decenni.
Tuttavia, sono pesanti e non sono così dense di energia come le batterie agli ioni di litio, motivo per cui tendono a essere poco adatte ai veicoli elettrici moderni.
Oggi, sono principalmente utilizzate per le batterie di avviamento nelle auto a benzina per funzioni ausiliarie meno impegnative come le luci dell'abitacolo, i finestrini elettrici e gli schermi di infotainment. Alla fine degli anni '90, la prima generazione della General Motors EV1 utilizzava una batteria al piombo-acido prima che GM passasse all'idruro di nichel-metallo nella sua versione successiva.
Nichel-metallo idruro (NiMH)
Toyota Hybrid Synergy Drive
Le batterie nichel-metallo idruro (NiMH) sono apparse prima delle moderne celle agli ioni di litio e sono ampiamente utilizzate nelle auto ibride. Sono durevoli e generalmente tolleranti nella maggior parte dei tipi di climi, ma hanno lo stesso problema di peso e densità energetica delle batterie piombo-acido.
I pacchi NiMH sono ancora comuni nella maggior parte degli ibridi venduti negli Stati Uniti, come alcuni di quelli prodotti da Toyota. Ma sono lentamente sostituiti dai pacchi agli ioni di litio, che sono più affidabili e densi di energia.
Litio-ossido di manganese (LMO)
Pacco batteria della Chevrolet Volt
Le batterie litio-ossido di manganese (LMO) usano un catodo a base di manganese che è più economico e termicamente stabile rispetto alle chimiche ricche di nichel. Possono fornire alta potenza e caricarsi rapidamente, ma si degradano più velocemente e hanno una densità di energia inferiore. Una miscela LMO è stata utilizzata nei primi veicoli elettrici come la prima generazione della Nissan Leaf e della Chevrolet Volt, ma da allora è caduta in gran parte in disuso per applicazioni a lungo raggio.
Ossido di litio nichel manganese cobalto (NMC)
La miscela di nickel, manganese e cobalto è il materiale attivo del catodo dominante al di fuori della Cina. Le batterie NMC sono dense di energia e godono di una catena di approvvigionamento e base produttiva ampiamente consolidate, motivo per cui sono comuni nei veicoli elettrici a lungo raggio.
La stragrande maggioranza dei veicoli elettrici negli Stati Uniti, inclusi quelli prodotti da Hyundai, Kia, BMW, Volkswagen e Toyota, utilizza celle NMC. Alcuni svantaggi includono un costo elevato, un'autonomia inferiore a temperature fredde e una minore stabilità termica rispetto ad altre chimiche.
Ossido di alluminio litio nichel cobalto (NCA)
Impianto di Batterie Panasonic Kansas4
I pacchi batteria ossido di alluminio litio nichel cobalto (NCA) sostituiscono il costoso manganese con alluminio, il che migliora la stabilità del catodo, riducendo la degradazione. Alcuni produttori di batterie aggiungono anche alluminio alla miscela esistente, creando la chimica NCMA, che è dominante sui pick-p e SUV di General Motors.
Le batterie NCA sono dense di energia e Tesla utilizza da tempo le batterie NCA di Panasonic sui suoi modelli. Tuttavia, presenta svantaggi simili alle batterie NMC standard, come costi elevati e la necessità di un raffreddamento sofisticato per mantenere il pacco efficiente.
Litio-ferro-fosfato (LFP)
Celle della batteria LFP di Ford
La chimica che sta conquistando il segmento di massa a livello globale elimina il costoso nickel, manganese e cobalto per il fosfato di ferro. Eliminare questi materiali sporchi e costosi significa che le batterie litio-ferro-fosfato (LFP) sono più economiche, sicure e hanno una lunga durata del ciclo. La densità energetica ne risente, ma i produttori di batterie sono stati in grado di aggirare questo problema con soluzioni come celle prismatiche e batterie cell-to-pack. LFP è comune in Cina. Negli Stati Uniti e in Europa, sempre più case automobilistiche le stanno utilizzando per modelli accessibili.
Litio ferro-manganese fosfato (LMFP)
Batteria Gotion L600 LMFP
Le batterie litio ferro-manganese fosfato (LMFP) sono come le LFP, ma con un miglioramento delle prestazioni e dell'autonomia grazie all'aggiunta di manganese. Il produttore di batterie cinese Gotion afferma che la sua batteria LMFP può durare oltre 1.800 cicli ad alte temperature e offrire 1.000 km di autonomia.
La CATL cinese è riservata sulla composizione della sua batteria “M3P”, ma in un articolo di ricerca, ha affermato che la batteria incorporava “fosfato, manganese o altri metalli.” La Luxeed S7 utilizza la batteria CATL M3P, e dallo scorso anno, CATL sta anche lavorando con Tesla per sviluppare e convalidare questa nuova cella.
Litio ricca di manganese (LMR)
Evento GM Forward 2025 -- Batterie LMR
La al litio ricca di manganese (LMR) è la versione occidentale di LMFP. Il Nord America e l'Europa non hanno la stessa predominanza della catena di approvvigionamento LFP della Cina, ma le regioni ora riconoscono l'importanza del manganese nelle batterie dei veicoli elettrici per ridurre i costi e dipendere meno da NMC. Le batterie LMR riducono la proporzione di nickel e cobalto e aumentano la proporzione di manganese, che è abbondante e le loro catene di approvvigionamento non dipendono tanto dalla Cina. Il risultato è un'autonomia di guida simile a quella delle batterie NMC, a costi comparabili ai pacchi LFP.
General Motors e Ford stanno entrambi lavorando per sviluppare celle LMR. GM mira a implementarle entro il 2028 sui suoi SUV e camion di grandi dimensioni, puntando a un'autonomia superiore a 640 km.
Anodo di silicio/grafite sintetica
Questa denominata anodo di silicio/grafite sintetica non è tecnicamente una chimica della batteria, ma una sottocategoria della stessa. I produttori di batterie hanno cercato di sostituire l'anodo tradizionale in grafite con un materiale migliore, più denso di energia e meno voluminoso. E stanno sperimentando sempre più con grafite sintetica, prodotta in laboratorio, o silicio.
Due aziende statunitensi, Group14 Technologies e Sionic Energy, affermano di aver sviluppato anodi in silicio pronti per la produzione, che sostengono possano ridurre le dimensioni della batteria senza compromettere l'autonomia. Gli anodi in silicio sono già comuni sugli smartphone cinesi, e potrebbero presto diventare più comuni sui veicoli elettrici se i produttori di batterie riusciranno a produrli in massa a prezzi ragionevoli.
Litio metallico
Cella della batteria a stato solido di Factorial Energy
Un altro modo per sostituire l'anodo è sviluppare batterie al litio metallico. A differenza degli anodi in grafite di oggi, le batterie al metallo di litio utilizzano un sottile foglio di litio stesso come anodo. È più leggero e contiene più carica. Questo è il lato positivo. Il lato negativo è che il metallo di litio può causare dendriti—la crescita di piccoli e affilati spuntoni che possono danneggiare una batteria.
Teoricamente, il metallo di litio è il materiale dell'anodo più denso di energia possibile, ma anche uno dei più difficili da sviluppare e scalare. Diverse start-up di batterie, come Factorial Energy con sede in Massachusetts e QuantumScape con sede in California, stanno lavorando su batterie al metallo di litio.
Ioni di sodio
Batteria agli ioni di sodio CATL
Le batterie agli ioni di sodio stanno emergendo come alternative alle LFP per veicoli elettrici economici e sistemi di stoccaggio energetico, specialmente in Cina. Invece degli ioni di litio che si muovono tra gli elettrodi, queste batterie usano semplicemente ioni di sodio.
Studi suggeriscono che il sodio è 1.000 volte più abbondante del litio nella crosta terrestre, ma è meno denso di energia, rendendolo adatto per applicazioni a minore autonomia come e-scooter e piccole auto elettriche. CATL ha già iniziato a produrre batterie ioni di sodio a bassa tensione per grandi camion e pacchi ad alta tensione per veicoli elettrici, entrambi apparentemente mantengono prestazioni eccezionali anche in climi estremamente freddi.
Batterie allo stato solido
Sk On Batteria EV allo Stato Solido
Nelle batterie agli ioni di litio convenzionali, il materiale che facilita i cicli di carica e scarica è un liquido chimico. Le batterie allo stato solido sostituiscono quel liquido con un materiale solido, che può essere ceramico, polimerico o a base di solfuro. I produttori di batterie affermano che gli elettroliti solidi potrebbero estendere l'autonomia di guida, consentire una ricarica più rapida, aumentare la durata e migliorare le prestazioni in condizioni meteorologiche estreme. Il problema è la produzione di massa a costi inferiori senza difetti. Ecco perché si prevede che le batterie semi-solide, che utilizzano un elettrolita simile a un gel, raggiungeranno il mercato per prime, ben prima che arrivino i pacchi completamente allo stato solido.
Avere i compromessi perfetti in una chimica delle batterie non è l'obiettivo finale per offrire la migliore autonomia possibile, tempi di ricarica, durata e longevità. Anche il modo in cui sono confezionate in diverse forme di celle—come cilindriche, a sacchetto e prismatiche—gioca un ruolo importante nelle prestazioni del tuo veicolo elettrico.
Inoltre, il modo in cui queste celle sono integrate nel veicolo, utilizzando moduli o installazione diretta nel pacco o nel telaio del veicolo, può influenzare notevolmente il design e l'efficienza del veicolo elettrico. Approfondiremo questi argomenti in un articolo separato, quindi rimanete sintonizzati.
Hai un suggerimento? Contatta l'autore: suvrat.kothari@insideevs.com
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