Ecco come si cerca la perfezione nello sviluppo delle batterie per auto elettriche

Dai sistemi basati su ossido di litio e manganese fino alle alternative a ossido di litio, nichel, manganese e cobalto, i costruttori lavorano costantemente alla ricerca di più potenza ed efficienza.

Non molto tempo fa, le grandi novità della propulsione riguardavano il lancio di nuovi stabilimenti per motori, come il Centro di produzione di motori di Jaguar Land Rover. Ora l’attenzione si è spostata sulla produzione di batterie e sul modo migliore per fabbricare batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici.

Alcuni costruttori, come Tesla, mantengono riservati i dettagli precisi, ma tutte le batterie agli ioni di litio per auto elettriche hanno gli stessi componenti di base. Le singole celle sono disposte in moduli collegati tra loro tramite un connettore ad alta tensione e racchiusi per formare un’unica batteria. Gli altri due componenti principali sono il sistema di gestione della batteria, che controlla e monitora tutti gli aspetti delle prestazioni e del comportamento della batteria, e il sistema di raffreddamento a liquido.

Le singole celle funzionano allo stesso modo, con un anodo e un catodo separati da un sottile strato di polimero e immersi in elettroliti, ma questi componenti possono essere avvolti per formare celle cilindriche, assemblati a sacchetto o formati a forma di prisma. Le chimiche interne possono essere molto diverse, ognuna con vantaggi e svantaggi, e continuano a evolversi.

Come si sviluppa la tecnologia delle batterie per auto elettriche?

La Nissan Leaf di prima generazione aveva una batteria da 24 kWh all’ossido di litio e manganese (LMO). Tutte le batterie agli ioni di litio dipendono dall’elettronica per evitare il surriscaldamento incontrollato, noto come fuga termica, durante la carica o la scarica, ma l’LMO ha il vantaggio di essere intrinsecamente sicuro a scapito di altri fattori, come la densità energetica. Ma la tecnologia è evoluta.

La BMW i3 e la Nissan Leaf del 2019 da 62 kWh hanno batterie all’ossido di litio, nichel, manganese e cobalto (NMC). Sono una scelta preferita per qualsiasi cosa, dagli utensili elettrici ai veicoli elettrici, e offrono il meglio di entrambi i mondi. La batteria della Nissan Leaf è anche strutturata in modo diverso, con celle unite tramite saldatura laser, così che la Nissan possa modificare la configurazione della batteria per una maggiore flessibilità.

Il pacco batteria della ID 3 di Volkswagen è un design semplice con fino a sei moduli, ciascuno contenente 24 celle, per un pacco da 408 V. Come nella Leaf, le celle della Volkswagen sono NMC, ma questo non significa che siano identiche, perché i costruttori lavorano con i fornitori di celle per regolare le quantità degli ingredienti principali, giocando con la forza di ciascuno. Il nichel è ottimo per l’alta densità di potenza, ma ha poca stabilità da solo. Il manganese è il compagno stabile e i due formano un’ottima combinazione. Il nichel predomina sul cobalto perché è più economico. Piccole quantità di silicio nell’anodo contribuiscono ad aumentare la densità energetica.

Entro il 2020, la Volkswagen ha pubblicato dettagli che mostrano l’uso di un catodo NMC 811 di nuova generazione composto da 80% di nichel e 10% di manganese e cobalto, con un anodo al 20% di silicio.

Giocando con questi ingredienti, non è inconcepibile che un giorno i costruttori possano offrire diversi livelli di prestazioni in termini di autonomia elettrica invece della sola capacità, con la possibilità di pacchi batteria e gruppi propulsori “GT”. È pura speculazione, ma, proprio come oggi i motori sono talvolta meccanicamente identici con versioni ad alte prestazioni tarate per erogare più potenza a fronte di un’efficienza ridotta e di un prezzo più alto, le batterie potrebbero un giorno essere configurate in modo simile?

Carburanti a basse emissioni di carbonio contro elettricità

Uno studio di Ricardo stima che entro il 2050 le emissioni di gas serra (GHG) di automobili e veicoli leggeri potrebbero essere ridotte dell’87% se si introducessero carburanti liquidi a basse emissioni di carbonio come sostituti di benzina e diesel. Lo studio ha rilevato che l’effetto sarebbe quasi equivalente a una diffusione massiccia dei veicoli elettrici. Tuttavia, il costo per le finanze pubbliche in infrastrutture sarebbe molto inferiore, circa 330 miliardi di euro rispetto ai oltre 700 miliardi di euro richiesti dall’altra soluzione.