Le batterie per la mobilità del futuro

Più autonomia, dinamica e sicurezza grazie alle nuove batterie

Non importa di cosa si pensi delle auto elettriche e a quali studi si creda, la realtà è che in tutto il mondo si sta lavorando su nuovi sistemi di batterie più efficienti.

Per quanto riguarda i veicoli elettrici, si dovrebbe aumentare anzitutto la dinamica e l’autonomia. In secondo luogo è importante evitare intoppi nell’approvvigionamento della materia prima. A seconda del modello, nelle auto elettriche si celano centinaia di singole celle di batteria. Ognuna di loro è avvolta in un involucro. Tramite connessioni e condotte, esse sono raggruppate in pacchetti, sorvegliate da sensori e collegate all’auto. La batteria è la componente più costosa dell’auto elettrica. Il solo sistema di batterie costituisce quasi un terzo del prezzo di una Smart elettrica. Per accumulare una quantità di energia tra 40 e 60 kWh, necessaria per le macchine più grandi, c’è bisogno di moduli batteria pesanti tra i 320 e i 480 kg.

Approcci per ottimizzare i sistemi di accumulo

Si sta lavorando all’ottimizzazione di tutte le proprietà, inclusa l’autonomia che attualmente è di circa 200 km a seconda del modello e ai tempi di ricarica alle stazioni di ricarica pubbliche, che si attestano tra le 2 e le 4 ore. Gli approcci vanno in direzione diversa e si concentrano su aspetti diversi. Alcuni sviluppi mirano a eliminare gli elettroliti liquidi. Altri puntano su materie prime alternative. Tutti hanno in comune un’ottimizzazione della capacità, dell’autonomia, del peso e della sicurezza.

Intanto, un approccio innovativo è costituito dalla batteria bipolare. L’istituto tecnico Fraunhofer IKTS di Dresda e i suoi partner hanno trasferito il principio bipolare alla batteria al litio con il marchio «Embatt». Il principio è già noto dalla cella a combustibile.

Costruzione a pila per cicli di ricarica veloce

Nelle batterie bipolari le singole celle non sono più allineate una accanto all’altra e leggermente separate. Le celle sono impilate direttamente una sull’altra su un’ampia superficie. Vengono così eliminati l’intera struttura dell’involucro e i contatti elettrici altrimenti necessari e sull’auto c’è posto per più batterie.

Inoltre, tramite la connessione diretta delle celle nella pila, la corrente scorre attraverso l’intera superficie della batteria. Ciò riduce notevolmente la resistenza elettrica. Infine, gli elettrodi della batteria sono progettati in modo tale che l’energia sia rilasciata e ripresa molto rapidamente. A medio termine, il nuovo concetto di imballaggio dovrebbe consentire di aumentare fino a 1000 chilometri l’autonomia delle auto elettriche.

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Maggiore sicurezza con le batterie allo stato solido

All’inizio di gennaio scorso, l’Empa di Dübendorf e l’istituto Fraunhofer di ricerca sui silicati ISC di Würzburg hanno avviato un progetto di ricerca congiunto della durata di tre anni. L’obiettivo è di gettare le basi per la produzione di una batteria di nuova generazione per l’alimentazione delle automobili elettriche.

A differenza delle odierne celle agli ioni di litio, essa dovrebbe consistere esclusivamente di sostanze solide. Questo tipo di celle per batterie sarebbe privo di elettroliti liquidi infiammabili e comporterebbe perciò un notevole miglioramento in fatto di sicurezza. I vantaggi in termini di dimensioni e peso risultano dal fatto che è necessario un involucro protettivo meno imponente. All’Empa sono stati affidati i compiti relativi allo sviluppo degli elettroliti allo stato solido. Il Fraunhofer ISC contribuisce invece con il suo know-how in materia di sviluppo dei processi e produzione delle celle per batteria e mette a punto i primi prototipi.

Elettromobilità e materie prime

Oggi la produzione mondiale di celle di batterie agli ioni di litio dell’ultima generazione è in gran parte nelle mani di società asiatiche. Il cobalto necessario proviene principalmente dal Congo, dove la sua estrazione causa anche un problema ambientale. Considerando le riserve mondiali di cobalto, l’introduzione generalizzata della mobilità elettrica basata sulla tecnologia odierna è piuttosto improbabile. L’auspicato passaggio dal motore a combustione alla propulsione elettrica dipende da più fattori e ostacoli. Per l’industria automobilistica, il controllo della produzione delle batterie rappresenta quindi la chiave tecnologica. Attualmente, anche a causa della problematica delle materie prime, è in corso una ricerca intensiva su opzioni che salvaguardino le risorse e l’ambiente nella produzione di nuove batterie. Ma al centro dell’attenzione non ci sono solo le batterie e le auto elettriche. Vengono sviluppati anche i processi per produrre un nuovo carburante. Inoltre, si sta tentando di incrementare ulteriormente l’efficienza dei sistemi di trazione già noti. In futuro, quindi, potrebbero coesistere una accanto all’altra varianti tecnologiche complementari.

Carbon-neutral fuel made from sunlight and air

Record efficiency for a gas engine

Alla base, materiali più economici

Si discute anche di batterie al magnesio-zolfo. Per due ragioni: innanzitutto le materie prime per gli elettrodi sono disponibili in abbondanza e a basso costo. In secondo luogo, teoricamente con questa tecnologia si potrebbe immagazzinare il doppio di energia rispetto alle batterie agli ioni di litio. In questo campo, però, lo sviluppo è solo agli inizi. In particolare, mancano ancora gli elettroliti adatti al magnesio.

Magnesium und Schwefel sollen das Batterieproblem lösen

Neues Speichermaterial ohne Sicherheitsrisiken 

Magnesium sulfide - an alternative to lithium

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