CELLE DELLA BATTERIA
Lo stato attuale di sviluppo
Le cosiddette batterie a stato solido (in inglese: solid-state battery - SSB) sono state considerate per anni una potenziale pietra miliare nella tecnologia delle batterie. Di conseguenza, sono oggetto di un'intensa attività di ricerca in tutto il mondo, soprattutto nell'industria automobilistica e da parte dei suoi fornitori. La speranza principale è che questo porti a un progresso nell'autonomia delle auto elettriche. Rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio (LI), che stanno gradualmente raggiungendo i loro limiti fisici di prestazione, le SSB potrebbero raggiungere densità energetiche significativamente più elevate, superiori a 350 Wh/kg, mentre le batterie LI presentano valori tipicamente inferiori a 300 Wh/kg.
Inoltre, le batterie a stato solido offrono una sicurezza potenzialmente maggiore - assenza di perdite e minore suscettibilità alle fughe termiche - e una durata maggiore data la riduzione del degrado. Nella pratica, però, ci sono ancora alcuni ostacoli da superare in termini di conduttività ionica, compatibilità e stabilità dei materiali, nonché di industrializzazione della produzione e quindi di costi per processo di carica. Resta da vedere fino a che punto le batterie allo stato solido potranno prevalere sulla tecnologia LI, ormai consolidata e non ancora pienamente sfruttata.
La combinazione perfetta di materiali
Cosa contraddistingue una batteria a stato solido e come si differenzia dalle batterie tradizionali? Le SSB utilizzano un elettrolita solido invece di un elettrolita liquido o gel (una sostanza elettricamente conduttiva). Esistono diversi candidati per gli elettroliti solidi, ognuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi specifici. Le seguenti tipologie sono particolarmente promettenti:
- Elettroliti polimerici: Già utilizzati negli autobus elettrici, sono relativamente poco costosi, ma offrono una bassa conducibilità ionica a temperatura ambiente, che richiede temperature di esercizio più elevate.
- Elettroliti di solfuro: Elevata conduttività, ma minore stabilità elettrochimica. Presentano sfide in termini di industrializzazione e di costi. Il loro ingresso sul mercato è previsto tra il 2025 e il 2030.
- Elettroliti di ossido: Elevata stabilità elettrochimica con media conduttività, ma più difficile da lavorare. Risultano interessanti in combinazione con altri elettroliti. Anche per loro, l’ingresso sul mercato è previsto tra il 2025 e il 2030.
Le batterie a stato solido richiedono talvolta componenti diversi e modificano l'intera struttura della batteria. Al posto degli anodi di grafite si utilizzano anodi di litio o di silicio. Dipende sempre dal concetto complessivo di anodo, catodo, separatore ed elettrolita/i. Attualmente si stanno studiando innumerevoli materiali e combinazioni di materiali al fine di trovare il concetto più promettente che possa essere realizzato al meglio. Alcuni produttori hanno già introdotto celle SSB in formato pouch e stanno gradualmente annunciando capacità produttive maggiori.
Le batterie ibride rappresentano il prossimo passo dello sviluppo?
Le batterie allo stato solido non rappresentano un passo dirompente nella tecnologia delle batterie, ma un passo evolutivo. La ricerca degli ultimi anni ha dimostrato che la chiave potrebbe non essere costituita da batterie a stato solido puro (all-solid-state batteries - ASSB), ma da concetti ibridi che operano con elettroliti diversi sul lato anodico e catodico - in questo caso anolito e catolito. Le combinazioni solido-liquido e solido-solido, ad esempio di elettroliti di solfuro e ossido, appaiono molto promettenti.
Resta da vedere se sarà possibile superare la complessità tecnica delle SSB e produrle industrialmente su larga scala a costi ragionevoli. In definitiva, le batterie allo stato solido dovranno affermarsi sul mercato contro la consolidata tecnologia LI. Nulla impedirebbe poi il loro utilizzo in applicazioni fisse come smartphone ed elettrodomestici.