Batterie: ieri, oggi, domani
Le batterie stanno evolvendo molto rapidamente, contribuendo a rendere le auto elettriche sempre più performanti in termini di autonomia e velocità di ricarica. Ecco una panoramica delle soluzioni e delle tecnologie che promettono di rivoluzionare il settore
di Federica Musto
Le batterie sono ormai indispensabili per la vita quotidiana. Introdotte nell’’800 (Volta inventò la Pila nel 1799), nella loro versione agli ioni di litio sono diventate di uso comune da oltre 30 anni. Naturalmente nel tempo la ricerca ha sviluppato diverse chimiche e sperimentato la reazione di molteplici elementi (ultimamente anche grazie all’impiego dell’AI), con l’obiettivo di migliorarne, di volta in volta, stabilità, durata, densità gravimetrica, ed economicità. Con l’introduzione delle batterie in sistemi complessi come i veicoli elettrici, dove la batteria è composta da più moduli e centinaia di celle in serie e parallelo, è stato necessario dotarle di un BMS, Battery Management System, che ne controllasse e ne gestisse costantemente i processi: carica e scarica, corrente, potenza, tensione, temperatura e talvolta anche valori di umidità. Le batterie sono diventate dei sistemi estrema- mente sofisticati, la cui chimica è in costante evoluzione, tanto da potersi ritenere uno dei settori industriali più prolifici sia in termini di occupazione sia di investimenti nell’industria dei prossimi decenni.
Lo stato dell’arte delle batterie
Le batterie al litio non sono tutte uguali. La diversa chimica permette loro di avere caratteristiche differenti e specifiche per le molte situazioni in cui sono impiegate. Una delle prime chimiche ancora molto diffusa è la LItio Cobalto Ossido (LCO) caratterizzata da un’alta energia gravimetrica, ovvero capace di immagazzinare una grande quantità di energia per unità di massa, e di caricarsi in poco tempo. È la chimica ideale per batterie medio-pic- cole (su dimensioni maggiori ci sarebbero limiti legati stabilità termica e dunque alla sicurezza) e molto utilizzate, dunque impiegata soprattutto nei device come smartphone e tablet da cui ci si aspetta performance elevate. Un’altra chimica largamente impiegata in dispositivi che richiedono batterie dalle dimensioni limitate è la LMO, Litio Manganese Ossido. Viene scelta in particolare per sistemi che necessitano velocità di scarica elevate (anche 10C), come le e-bike o i trapani elettrici. Essendo priva di cobalto questa chimica è tuttavia limitata in termini densità energetica. Passando invece alle batterie di grande formato, sono tre le chimiche a oggi più utilizzate. Le prime due sono a base nichel: Nichel Cobalto Alluminio (NCA) e Nichel Manganese Cobalto (NMC).
Il nichel infatti contribuisce ad aumentare la densità energetica della batteria, il che ha reso per lungo tempo queste due chimiche le più utilizzate in ambito automotive. Se da un lato la NCA, principalmente scelta da Tesla, grazie alla sua alta percentuale di nichel (circa l’80%) determina un’e- levata autonomia del veicolo; dall’altra le NMC hanno il vantaggio di un maggiore equilibrio tra densità energetica, durata e sicurezza, e possono vedere diverse proporzioni tra gli elementi, fino a 811 dove il nichel raggiunge l’80%.
Negli ultimi anni sempre più diffusione ha avuto anche la terza chimica, ovvero la Litio Ferro Fosfato (LFP). Si tratta della chimica più stabile, sicura e longeva, che supera tranquillamente i 4.000 cicli completi. Inoltre la curva di scarica disegnata da queste batterie rimane piatta e mantiene dunque una tensione molto simile tra il 100% e lo 0%, garantendo così le medesime pre- stazioni lungo tutto il tempo di utilizzo. Infine la completa assenza di cobalto rende questa chimica tra le più sostenibili sia in termini di costo sia in termini socio-ambientali. Tutti questi motivi hanno garantito alle LFP un prolifico filone di ricerca, che negli ultimi anni ha portato questa chimica a raggiungere densità energetiche tali da renderla non solo la prediletta nel settore industriale, ma anche scelta per molti modelli di veicoli.
A questo link l’articolo completo pubblicato su E-Ricarica di Luglio-Agosto 2024
