Batterie per veicoli elettrici di prossima generazione: quali sono gli ostacoli per la tecnologia che potrebbe raddoppiare la gamma EV
La prossima generazione di batterie per veicoli elettrici, con maggiore autonomia e una più ampia sicurezza, potrebbe emergere sotto forma di metallo di litio, tecnologia a stato solido.
Ma le domande chiave su questa promettente alimentazione devono trovare risposta prima che possa fare il salto dal laboratorio agli impianti di produzione. Questo è quanto sostengono i ricercatori dell’Università del Michigan.
“E con gli sforzi per portare i veicoli elettrici a una parte più grande della popolazione – dicono – queste domande devono avere una risposta rapida”.
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Jeff Sakamoto e Neil Dasgupta, professori associati U-M d’ingegneria meccanica, hanno guidato i ricercatori sul metallo di litio; batterie a stato solido negli ultimi dieci anni. In un pezzo di prospettiva nella rivista Joule, Sakamoto e Dasgupta tracciano i principali interrogativi che la tecnologia deve affrontare. Per sviluppare le problematiche, hanno lavorato in stretta collaborazione con i leader dell’industria automotive.
Le principali case automobilistiche stanno andando all-in sui veicoli elettrici quest’anno. Sono molti coloro che annunciano piani per eliminare gradualmente le auto con motore a combustione interna nei prossimi anni. Le batterie agli ioni di litio hanno abilitato i primi EV (elettronvolt) e rimangono l’alimentazione più comune per gli ultimi modelli che escono dalle catene di montaggio.
Queste batterie agli ioni di litio si stanno avvicinando al loro picco di prestazioni in termini di autonomia EV con una singola carica. E arrivano con la necessità di un sistema di gestione della batteria pesante e ingombrante – senza il quale c’è il rischio di incendi a bordo. Utilizzando il litio metallico per l’anodo della batteria insieme a una ceramica per l’elettrolita, i ricercatori hanno dimostrato il potenziale per raddoppiare l’autonomia EV per la batteria con le stesse dimensioni, riducendo drasticamente il potenziale d’incendi.
Batterie per veicoli elettrici: le domande che gli esperti devono ancora affrontare
“Nell’ultimo decennio sono stati fatti enormi progressi nell’avanzamento delle batterie allo stato solido del metallo di litio“, ha detto Sakamoto. “Tuttavia, diverse sfide rimangono sulla strada per la commercializzazione della tecnologia, soprattutto per i veicoli elettrici”.
Le domande cui bisogna rispondere per capitalizzare questo potenziale includono:
Come possiamo produrre le ceramiche, che sono fragili, nei massicci e sottili fogli che le batterie al litio metallico richiedono?
Già qualche anno fa, si parlava, infatti, del passo successivo per le batterie al litio; con uno sguardo rivolto soprattutto all’uso di materiali più efficaci da impiegare nel sistema. Non a caso, per sostituire l’elettrolita liquido, le soluzioni da adottare per un futuro investimento, versarono nello sviluppo di materiale ceramico. Questi però richiedeva un isolamento accurato.
L’uso della ceramica nelle batterie al litio metallico, richiede energia per riscaldarle a più di 2.000 gradi Fahrenheit durante la produzione. Ma ciò compensa i benefici ambientali nei veicoli elettrici?
Sia la ceramica sia il processo utilizzato per produrla, possono essere adattati per tenere conto dei difetti, come le crepe? e ancora. In un modo che non costringa i produttori di batterie e le case automobilistiche a rinnovare drasticamente le loro operazioni?
Una batteria a stato solido al litio metallico non richiederebbe il pesante e ingombrante sistema di gestione della batteria di cui le batterie agli ioni di litio hanno bisogno per mantenere la durata e ridurre il rischio di incendio.
In che modo la riduzione della massa e del volume del sistema di gestione della batteria – o la sua rimozione del tutto – influenzerà le prestazioni e la durata in una batteria a stato solido?
Conclusioni
Il litio metallico deve essere costantemente in contatto con l’elettrolita ceramico; il che significa che è necessario un hardware aggiuntivo per applicare la pressione necessaria a mantenere il contatto. Cosa significherà l’hardware aggiunto per le prestazioni del pacco batterie?
Sakamoto, che ha la sua società di startup focalizzata sulle batterie a stato solido al litio metallico, dice che la tecnologia sta vivendo un momento importante. Tuttavia, l’entusiasmo che guida il momento, dice, non deve andare oltre se stesso.
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