Batterie che funzionano a -70 °C: la scoperta in Cina

La ricerca sul sistema Li-CFx mostra capacità incredibili con possibili ricadute su veicoli e mezzi professionali in climi rigidi

Batterie che funzionano a -70 °C? La scoperta in Cina

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Eleonora Lilli

Di: Eleonora Lilli

30 ago alle 07:00

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A -50 °C la maggior parte delle batterie agli ioni di litio ha già smesso di funzionare in modo utile. Una ricerca pubblicata in Cina, descrive un sistema litio-CFx (carbonio monofluoruro) capace di erogare ancora energia a quelle temperature, e persino a -70 °C.

Il CFx è un materiale catodico noto da tempo per l'alta densità energetica, ma finora penalizzato al freddo da due limiti fisici: è un composto isolante dal punto di vista elettrico, e gli ioni di litio si muovono al suo interno con estrema lentezza quando le temperature scendono sotto zero.

Il risultato pratico era una capacità che crollava proprio quando serviva di più, cioè in avviamento a freddo.

Cosa cambia nell'elettrodo e nell'interfase

I ricercatori cinesi sono intervenuti su due fronti insieme, quello che nel paper (firmato da un team che comprende Wang Qiao, Zhuo Chen e Huan Wang) viene chiamato "modifica duale". Il primo riguarda la struttura fisica dell'elettrodo positivo: hanno costruito un CFx mesoporoso, cioè attraversato da una rete di pori microscopici, tramite deposizione chimica da vapore assistita al plasma, aggiungendo poi un rivestimento conforme di carbonio che migliora la conduzione elettrica del materiale.

Doppia modifica: elettrodo CFx poroso e interfase ricca di zolfo migliorano il flusso degli ioni.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Il secondo intervento riguarda l'interfase, ovvero il sottilissimo strato di contatto tra elettrodo ed elettrolita dove avviene lo scambio di ioni. Gli autori hanno fatto formare in situ, cioè direttamente durante il funzionamento della cella, uno strato inorganico ricco di zolfo mediato dall'elettrolita stesso. Questo strato riduce la resistenza al passaggio degli ioni di litio proprio nelle condizioni in cui, normalmente, quel passaggio rallenta fino quasi a bloccarsi.

Perché interessa alla mobilità e ai veicoli

I numeri riportati nello studio danno la misura del salto ottenuto: il sistema Li-CFx ottimizzato ha mostrato una capacità di 428,4 mAh g⁻¹ a -50 °C e 2 A g⁻¹, mantenendo comunque 333,4 mAh g⁻¹ a -70 °C con corrente più bassa. Su celle a sacchetto da 5 Ah, l'energia specifica misurata è stata di 470 Wh kg⁻¹ a -50 °C e 332 Wh kg⁻¹ a -70 °C.

Per confronto, LG Energy Solution, uno dei principali produttori mondiali di celle agli ioni di litio, spiega che anche le chimiche pensate per il freddo estremo scendono tipicamente a un decimo della capacità nominale intorno ai -40 °C.

La rilevanza per l'automotive non è nell'auto elettrica di tutti i giorni, ma nei casi limite: veicoli commerciali e mezzi professionali che devono partire e funzionare in climi rigidi, dove oggi si ricorre spesso a test indipendenti sulle batterie in condizioni di freddo proprio per capire quanto un pacco perda in autonomia reale. Anche i carrelli elevatori in celle frigorifere, un settore che già oggi lavora fino a circa -30 °C con chimiche dedicate, potrebbero beneficiare di un margine di temperatura più ampio.

Veicoli commerciali e mezzi professionali potrebbero beneficiare della maggiore resistenza al freddo delle batterie

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Limiti della ricerca e possibili sviluppi

Va detto con chiarezza: questa è ricerca di laboratorio, non un prodotto in vendita. Le celle da 5 Ah restano campioni di piccola scala, lontani dai pacchi batteria multi-kWh di un veicolo di serie, e non ci sono ancora indicazioni su costi di produzione, durata nel tempo o comportamento dopo centinaia di cicli di carica e scarica alle temperature estreme testate.

Il confronto con altre strade percorse in parallelo aiuta a inquadrare il risultato: le celle sodio-ione di ultima generazione per veicoli e sistemi di accumulo stazionario mantengono circa il 90% della capacità o potenza utilizzabile a -40 °C secondo le comunicazioni tecniche più recenti di CATL, mentre soluzioni come le nuove batterie LFP di CATL puntano piuttosto su riscaldamento integrato del pacco.

Il Li-CFx aggiunge un'opzione diversa, quella di una chimica primaria pensata per funzionare senza bisogno di scaldarsi prima, anche se resta da capire se e come potrà evolvere in una versione ricaricabile su scala industriale.