Il litio metallico può dare più autonomia alle auto elettriche

Per aumentare l’autonomia delle auto elettriche senza far crescere peso e ingombri la strada più promettente resta il litio metallico, cioè l’uso di litio puro come anodo al posto della grafite. Il problema è che, fuori dal laboratorio, queste celle soffrono di stress meccanico che ne accelera il degrado e può innescare cortocircuiti interni, soprattutto quando si spinge su densità di energia molto elevate.

Un recente lavoro di ricerca ha messo sotto la lente proprio il modo in cui il litio metallico si deforma e “respira” durante carica e scarica, individuando una finestra di pressione in cui i depositi restano stabili senza penetrare il separatore.

Il risultato è un modulo litio-metallico dimostrativo con densità energetica intorno a 400 Wh/kg a livello di cella e cicli ripetuti senza perdita significativa di prestazioni, che si inserisce in un quadro in cui esistono già linee pilota e test su veicoli reali per batterie litio-metallo e allo stato solido.

Batterie al litio metallico e stress meccanico

Le batterie al litio metallico usano un anodo di litio puro, capace di immagazzinare molta più energia della grafite delle celle agli ioni di litio oggi in auto. Nella pratica, però, quando si carica e scarica la cella il litio si deposita in modo irregolare, formando strutture porose e dendriti, cioè “filamenti” che crescono verso il separatore e possono arrivare al catodo causando un cortocircuito interno.

Lo studio collega queste crescita irregolare alla risposta elettro-chimico-meccanica del litio sotto pressione. I depositi porosi tendono prima a collassare plasticamente, poi a densificarsi, e solo quando lo stress supera circa 1 MPa si arriva alla deformazione plastica del litio compatto che può perforare il separatore. Capire questa sequenza è cruciale per progettare celle che restino stabili passando dalla scala di laboratorio ai moduli per trazione.

Una batteria al litio metallico mostra la crescita di dendriti che possono perforare il separatore e causare un cortocircuito.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

In parallelo, altre ricerche puntano su catodi ad alta energia come i catodi al litio-manganese ad alta autonomia, mentre si esplorano anche anodi al silicio e soluzioni organiche. In tutti i casi, la sfida comune è combinare densità energetica elevata con una gestione controllata di stress e deformazioni interne lungo migliaia di cicli di utilizzo reale.

Pressione uniforme, moduli dimostrativi e prime linee pilota

Il lavoro individua una finestra in cui i depositi di litio collassati si densificano in modo controllato: a pressioni tra 0,1 e 0,2 MPa lo strato resta compatto senza innescare nuove fratture. Il cortocircuito compare solo quando lo stress supera la resistenza a snervamento del litio, cioè intorno a 1 MPa, con deformazione plastica che spinge il metallo oltre il separatore.

Per i progettisti di moduli questo si traduce in un requisito molto concreto: garantire una pressione uniforme su ogni cella, tramite telai, sistemi di serraggio e materiali elastici che compensino dilatazioni e vibrazioni. Studi sperimentali su celle pouch al litio metallico mostrano che, rispettando queste condizioni, è possibile ottenere energie specifiche nell’intervallo 300–465 Wh/kg a livello di cella con centinaia di cicli utili, un ordine di grandezza già compatibile con applicazioni automotive.

Nel frattempo il passaggio verso l’industria è iniziato: in Cina sono operative linee pilota per batterie completamente solide basate su litio metallico con capacità di alcuni GWh l’anno. Questo approccio si collega anche allo sviluppo di batterie allo stato solido con rivestimenti speciali e di anodi al silicio per auto elettriche, dove il controllo di volume e tensioni interne è altrettanto critico. In tutti i casi la meccanica delle celle diventa parte integrante del progetto, non un dettaglio marginale.

Batteria ad alta tensione di Rimac Technology

Foto di: Rimac

Dove può arrivare per auto elettriche e flotte

Una densità energetica intorno a 400 Wh/kg, se trasferita a livello di pacco con perdite limitate, significa il potenziale di pacchi batteria più leggeri a parità di autonomia, o più capienti nello stesso ingombro. Per un’auto elettrica di segmento medio questo può tradursi in decine di chilogrammi in meno, oppure in centinaia di chilometri di autonomia aggiuntiva rispetto alle celle attuali a parità di peso complessivo.

Le applicazioni più probabili in prima battuta sono i veicoli commerciali leggeri e i van per consegne urbane e regionali, dove ogni chilogrammo risparmiato sui pacchi batteria libera portata utile. Anche le flotte aziendali a percorrenza elevata potrebbero beneficiare di densità energetica maggiore e migliore ritenzione di capacità, riducendo le soste per ricarica e il numero di sostituzioni pacco lungo l’arco di vita del veicolo.

La fase di dimostrazione su strada è già iniziata: Stellantis, per esempio, ha avviato nel 2026 test su una Dodge Charger Daytona equipaggiata con un pacco semi-solido sviluppato con Factorial, mentre Toyota ha ottenuto in Giappone il via libera regolatorio per i piani di sviluppo e produzione iniziale di batterie completamente solide da introdurre sui prossimi veicoli elettrici.

Anche i progetti europei per nuove generazioni di batterie, come quelli sostenuti dall’IPCEI Batterie 1 e dalle iniziative di ricerca finanziate da CORDIS, guardano a soluzioni ad alta energia con maggiore stabilità meccanica. In parallelo si studiano elettroliti in gel per batterie al litio metallico e batterie agli ioni di litio organiche, delineando una generazione di celle in cui chimica ed ingegneria strutturale viaggiano sempre più insieme e che dalle linee pilota sta progressivamente passando ai primi veicoli di serie.

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