Le batterie allo stato solido sono la rivoluzione?

Attualmente la tipologia di batterie più utilizzata nei veicoli elettrici è quella agli ioni di litio. Come ben sappiamo, però, la maggior parte dei difetti che sorgono parlando di elettrificazione sono proprio da attribuire agli accumulatori – scarsa autonomia, pericolo di incendio, peso, ecc. È altrettanto vero che il settore delle batterie al litio è in costante evoluzione, con ricerche che hanno l’obiettivo di sviluppare tecnologie innovative e performanti, in grado di garantire migliori autonomie, potenze e anche tempi di ricarica più brevi. È proprio in questo scenario che si vanno ad inserire le batterie allo stato solido, e sono uno degli argomenti più scottanti del momento. Quando parliamo di accumulatori allo stato solido, vari fattori entrano in gioco, con una serie di vantaggi ma anche vari limiti che sono ancora oggetto di studio e, ad oggi, sono il motivo per il quale questa tecnologia tarda ad entrare nel mercato.

Cosa sono le batterie allo stato solido e come funzionano?

Una batteria allo stato solido è una tecnologia che sfrutta elettrodi solidi e un elettrolita allo stato solido invece degli elettroliti in gel liquido o polimerico presenti nelle batterie agli ioni di litio. Anche se il principio di funzionamento è analogo (abbiamo spiegato come funzionano le batterie agli ioni di litio in questo articolo), la struttura interna di una cella allo stato soldo è nettamente diversa. Le batterie allo stato solido sono formate da:

- Un catodo (elettrodo positivo), che può essere fatto degli stessi elementi che troviamo nelle batterie al litio (Litio-Ferro-Fosfato, NMC, Ossido di Litio-Cobalto, ecc).

- Un separatore, generalmente di materiale ceramico o un polimero solido, che lavora anche come elettrolita.

- Un anodo fatto di puro litio

Quando la cella si sta scaricando, le particelle di litio si muovono dall’anodo, attraversano la struttura atomica che forma il separatore ceramico, e arrivano al catodo. Analogamente fanno gli elettroni, che, grazie al circuito elettrico, vengono indirizzati e forniscono potenza al nostro motore.

Punti di forza e svantaggi

Sulla carta gli accumulatori allo stato solido promettono vari miglioramenti rispetto alle attuali batterie. Infatti, gli elettroliti solidi sembrano avere una migliore densità energetica (circa 2-2,5 volte la densità energetica delle batterie agli ioni di litio), maggiore sicurezza e dimensioni più piccole a parità di capacità delle celle. Inoltre assicurano tempi di ricarica ridotti – si parla di una capacità di ricarica fino a 6 volte più rapida.

Così come ci sono molti vantaggi, abbiamo anche certi limiti dovuti principalmente al fatto che è una tecnologia molto giovane, non ancora pronta ed in costante evoluzione.

I principali svantaggi sono:

- il separatore ceramico diventa un buon conduttore solo ad alte temperature (oltre 50°C)

- il ciclo di vita è più corto rispetto ad una batteria al litio (queste ultime sono capaci di raggiungere anche 4000 cicli di carica)

- il costo di tale tecnologia innovativa è attualmente molto elevato

Case automobilistiche che puntano sulle batterie allo stato solido

Toyota ha annunciato il suo impegno per lo sviluppo di batterie allo stato solido e detiene la maggior parte dei brevetti. Nel 2017 Toyota ha annunciato il rafforzamento di una partnership decennale con Panasonic, che comprende una collaborazione sulle batterie a stato solido. Altre case automobilistiche che sviluppano tecnologie a batteria allo stato solido sono BMW, Honda, Hyundai e Nissan. È importante sottolineare che questa tecnologia è ancora nella fase di sviluppo e, ad oggi, le celle agli ioni di litio rimangono la soluzione più performante, con una grande varietà di composizioni adatte ai differenti scopi, facilmente disponibili e largamente prodotte.