Il passaggio dai motori a combustione interna ai motori elettrici per automobili, mezzi pesanti, camion e qualsiasi altra tipologia di veicolo, è un fattore cruciale nella lotta al cambiamento climatico.

Tuttavia anche l’elettrificazione, soprattutto agli albori del settore, ha presentato alcuni problemi di carattere ambientale, in particolare relativamente allo smaltimento delle batterie per auto elettriche esaurite, un tema che abbiamo già approfondito in un articolo precedente.

L’evoluzione, però, è rapida e incessante e l’obiettivo, oggi, è arrivare a realizzare delle batterie che possano consentire di superare i loro problemi intriseci, relativi a tempi di ricarica, autonomia e, non ultimo, vita utile.

La vita di una batteria per auto elettrica, infatti, non è dipendente dal passare del tempo, ma dai cicli di ricarica a cui è sottoposta, motivo per cui le aziende produttrici di veicoli pesanti e camion elettrici sono particolarmente sensibili all’evoluzione tecnologica nell’ambito delle batterie.

Poter contare su batterie più longeve significa, infatti, ridurre il volume di materiali da estrarre, lavorare e smaltire. Già oggi l’evoluzione tecnologica ha consentito di ottenere batterie che, sebbene non più utilizzabili per alimentare veicoli elettrici, arrivate a fine vita mantengono un livello di prestazioni sufficiente da poter essere impiegate in altre applicazioni, ad esempio per l’illuminazione pubblica.

Tipologie di batterie: dal piombo allo stato solido

A oggi, sostanzialmente, la mobilità elettrica si è basata su 3 macro categorie di batterie. Nello specifico si è passati dalle primordiali batterie al piombo, alle batterie al nichel-metallo idruro, per arrivare all’attualità, con le batterie agli ioni di litio.

Ecco di seguito le principali caratteristiche di ognuno dei tre gruppi.

Batterie al piombo per auto

In fatto di mobilità elettrica, le batterie al piombo rappresentano la tecnologia più primitiva. Oggi sono utilizzate soltanto nei mezzi con motore a combustione interna, per fornire l’impulso elettrico al motorino di avviamento e alimentare l’impianto elettrico del veicolo.

Batterie al nichel-metallo idruro

Normalmente utilizzate come batterie per auto ibride di vecchia concezione, nelle quali il motore elettrico forniva esclusivamente un supporto al motore termico, mentre l’autonomia in elettrico puro si fermava soltanto a pochi chilometri. Sono state rimpiazzate dalle batterie al litio.

Batterie agli ioni di litio

Note anche come batterie al litio per auto elettrica, queste batterie sono, di fatto, lo standard odierno. Quella degli ioni di litio non è una tecnologia moderna, tuttavia rappresenta ancora un ottimo compromesso tra prestazioni, peso, tempi di ricarica, autonomia e densità energetica.

Nel corso della loro lunga esistenza, le batterie al litio hanno subito diverse evoluzioni, che ne hanno migliorato le prestazioni oltre che modificata la composizione, riducendo l’impiego di materiali problematici, quali il cobalto.

Variante delle batterie agli ioni di litio sono le batterie al litio ferro fosfato, per le quali il catodo è realizzato in un materiale differente. Rispetto alle normali batterie agli ioni di litio, hanno un costo di produzione inferiore, per via di un minore utilizzo di materiali preziosi nella composizione. Pagano, però, lo svantaggio di una minore autonomia.

Batterie per veicoli e auto elettriche: le nuove tecnologie 

La ricerca non rallenta e le possibili alternative migliorative alle batterie al litio si stanno moltiplicando. Diverse nuove tecnologie sono, oggi, oggetto di studio e test al fine di riuscire a realizzare batterie per auto e camion elettrici sempre più efficienti. 

Tuttavia alcune di queste nuove tecnologie sembrano molto promettenti sulla carta, ma alcune criticità ancora irrisolte stanno facendo nascere dubbi sulla possibilità di una loro effettiva comparsa sul mercato. È il caso, ad esempio delle:

• Batterie al litio-metallo: a differenza delle batterie agli ioni di litio, sono caratterizzate dalla presenza di litio anche nell’anodo. Questo consentirebbe di raggiungere una grande densità energetica ma, durante i cicli di carica, il litio subisce delle deformazioni che ne pregiudicano l’utilizzo e che ancora non si è riusciti a controllare.
• Batterie al litio-zolfo: hanno il grande vantaggio di poter essere realizzate a partire da materiali di recupero, ma si tratta di una tecnologia ancora in fase di affinamento.

Batterie agli ioni di sodio per auto elettriche 

Le batterie agli ioni di sodio hanno prospettive ben più favorevoli rispetto alle precedenti, anche se sono tutt’ora in fase di perfezionamento. La tecnologia deli ioni di sodio è molto promettente per il più prossimo futuro, in particolare per alcuni fattori:

• Costo inferiore, dovuto all’utilizzo del sodio, ovvero un materiale molto più diffuso in natura rispetto al litio
• Ottime prestazioni alle basse temperature
• Durata maggiore
• Ricarica più rapida
• Minore degrado tra i cicli di ricarica

Batterie allo stato solido per auto elettriche

A suscitare grande fermento sono, invece, le batterie a stato solido per veicoli elettrici, una tecnologia che sta attirando a sé ingenti capitali di investimento, con la speranza che se ne possano vedere degli esemplari in produzione già entro pochi anni.

Le batterie allo stato solido si differenziano dalle batterie agli ioni di litio per la presenza di un elettrolita solido, appunto, che garantisce un incremento di prestazioni notevole rispetto ai più tradizionali sistemi con elettrolita liquido.

Rispetto alle tecnologie contendenti, le batterie allo stato solido sono più efficienti, meno inquinanti e più sicure, proprio per la mancanza di liquidi e altri elementi volatili che ne riduce il rischio di infiammabilità. Le batterie allo stato solido vantano una densità energetica di 2,5 volte superiore rispetto alle batterie agli ioni di litio. 

Meno clamore stanno invece suscitando le batterie allo stato semisolido, alle cui prestazioni, buone ma non strabilianti, si contrappone la necessità di utilizzare ancora il cobalto per la loro produzione, il che ne fa lievitare i costi.

Tuttavia, rispetto agli ioni di litio, questa soluzione vanta densità energetiche superiori, cicli di ricarica più rapidi e una durata di vita superiore. Per questo motivo esistono alcune aziende che credono profondamente in questa tecnologia, e sono in atto sperimentazioni per sviluppare una seconda e più efficiente generazione di batterie a stato semisolido.

Batterie per camion elettrici

Particolarmente sensibile all’evoluzione tecnologica delle batterie è il settore dei trasporti pesanti. I veicoli e i camion elettrici percorrono quotidianamente distanze consistenti e devono, per questo, essere equipaggiati da batterie ultra performanti, capaci di garantire autonomie elevate e una durata di vita adeguata. 

A oggi, le aziende di autotrasporti devono pianificare al meglio le tratte e gli orari, in modo da ottimizzare i viaggi e ridurre quanto più possibile i tempi di ricarica.

Tuttavia, grazie all’evoluzione tecnologica nel settore delle batterie per camion elettrici e il contestuale sviluppo dell’infrastruttura di ricarica, questa situazione è destinata a cambiare rapidamente. Basti pensare che i primi modelli di camion elettrici messi sul mercato avevano un’autonomia di 200kWh, numero che è più che raddoppiato in soli 4 anni.

Alcune aziende stanno già sviluppando soluzioni di accumulatori modulari, batterie estraibili con alloggiamenti integrati direttamente nel telaio del camion. Una soluzione di questo tipo elimina la necessità di avere strutture esterne fissate al veicolo, ottenendo così un’ottimizzazione di spazi e pesi e consentendo la possibilità di una sostituzione al volo, bypassando la necessità di lunghe soste per la ricarica. 

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