Le batterie allo stato solido, a che punto siamo per alimentare i veicoli elettrici

 Solid Power's pilot-production facility

Un lungo articolo è comparso online tre giorni fa nel sito Bloomberg riguardante la tecnologia delle batterie allo stato solido indicandole come sostanziale avanzamento tecnologico per offrire la stessa percorrenza chilometrica delle auto tradizionali alle auto elettriche permettendo anche una ricarica più veloce e ulteriori significativi vantaggi. Qui di seguito un riassunto.

La tecnologia delle batterie allo stato solido promette di essere più economica ed essere in grado di caricare più velocemente di qualsiasi altra strada percorsa fino ad oggi. Ma ancora nessuno è arrivato vicino a capire come renderla attuabile nell'immediato.

Per realizzare un veicolo elettrico ancora più economico, sicuro e in grado di percorrere 800 chilometri con una singola carica, l'industria automobilistica ha bisogno di una svolta nella tecnologia delle batterie. Più facile a dirsi che a farsi. Scienziati del Giappone, Cina e Stati Uniti sono tra quelli che lottano per comprendere come aumentare significativamente la quantità di energia che una cella sia in grado di immagazzinare per portare la percorrenza di un veicolo elettrico alla stessa misura di un pieno di carburante tradizionale. Questa ricerca si è concentrata sulla tecnologia delle batterie allo  stato solido, una revisione dell'architettura interna di una batteria per utilizzare materiali solidi invece di liquidi per consentire la ricarica e la scarica efficace e veloce. La tecnologia promette importanti miglioramenti rispetto agli attuali pacchi agli ioni di litio ammettendo, le case automobilistiche, di avere raggiunto i limiti delle loro capacità di energia accumulabile. 

Se può essere padroneggiata, la tecnologia a stato solido potrebbe aiutare ad accelerare la scomparsa delle auto a motore a combustione interna e potenzialmente ridurre i tempi di ricarica dei veicoli elettrici a circa 10 minuti. La rete di sovralimentazione sviluppata da Tesla Inc., che offre già ora dei tempi di ricarica più rapidi, richiede circa 30 minuti per portare un'auto scarica fino all'80% di ricarica. Alcuni ritengono che probabilmente, ad oggi, non si intravedono altri modi di arrivarci senza ricorrere tecnologia dello stato solido.

Attualmente, il miglior prototipo delle batterie a stato solido ha un capacità sufficiente per muovere un veicolo con una sola persona a bordo in un parcheggio della Toyota Motor Corp. vicino al Monte Fuji in Giappone. Le aziende automobilistiche come Daimler AG e Fisker Inc. stanno lavorando a questo obiettivo, come un gigante cinese del litio, la compagnia petrolifera francese Total SA e gli spinoff del Massachusetts Institute of Technology e della Stanford University. Fisker potrebbe condurre test sui veicoli già da quest'anno, mentre i timeline di Toyota e Daimler si estendono fino al 2020. 

Le batterie a stato solido promettono di aggiungere centinaia di chilometri di autonomia per i veicoli elettrici con  un pacco batteria più piccolo e semplice

La posta in gioco è enorme. Si prevede che l'adozione di veicoli elettrici alimenterà un aumento esponenziale delle batterie agli ioni di litio ed è vicinissima la sostituzione delle auto che hanno il motore a combustione interna. L'ultimo rapporto di BloombergNEF ha rilevato che gli autobus elettrici e le autovetture hanno richiesto batterie agli ioni di litio per 44 GWh (gigawattora) nel 2017 e che entro il 2030 si prevede che la domanda aumenterà di oltre 1.500 GWh all'anno. Chiunque abbia una batteria a stato solido in grado di sopravanzare la tecnologia agli ioni di litio fino a prendere il sopravvento in un mercato per tutte le batterie dei veicoli elettrici che varrà circa 84 miliardi di dollari entro il 2025, rispetto a circa 23 miliardi di dollari ora, secondo UBS Group AG. 

Che cosa è vincente nella tecnologia a stato solido

La tecnologia agli ioni di litio, lo standard per decenni nei telefoni cellulari e nell'elettronica personale prima di passare ai veicoli elettrici e allo stoccaggio di energia su scala utility, utilizza un elettrolita liquido per spostare gli ioni tra l'anodo e il catodo per caricare o scaricare una batteria. Una batteria allo stato solido, come suggerisce il nome, sostituisce questo liquido con un materiale solido come la ceramica, il vetro o un polimero. Ciò dovrebbe ridurre il rischio che le batterie possano andare in default e consentire celle più sottili e quindi confezioni più piccole che si adattano meglio ad essere posizionate sotto il  sedile delle auto. I ricercatori desiderano anche accoppiare l'elettrolita solido con un anodo di metallo al litio per migliorare la densità di energia e consentire ai veicoli elettrici di percorrere distanze maggiori senza fermarsi. Ciò potrebbe aiutare a stimolare le vendite eliminando le preoccupazioni dei consumatori di rimanere senza alimentazione.

Per ottenere tutto ciò, c'è una lista di puzzle da risolvere. Attualmente i prototipi hanno una percorrenza della batteria considerata relativamente breve  (alcune centinaia di chilometri) per un veicolo e presentano costi non competitivi e altri problemi dei materiali quando vengono caricati o scaricati non correttamente. 

L'istituto cinese Qingdao New Energy Research Institute sperimenterà le auto con questa tecnologia entro due anni e considererà un prodotto commerciale possibile entro il 2025. In contemporanea, anche Amperex Technology Ltd., il più grande produttore di celle della Cina, include le batterie allo stato solido nella sua ricerca sulle batterie avanzate. La Samsung SDI Co. della Corea del Sud, SK Innovation Co. e Hyundai Motor Co. hanno affermato che stanno studiando anche loro la tecnologia, così come Dyson Ltd., il produttore di elettrodomestici che ha sede in Gran Bretagna che ora ha come target i veicoli elettrici 

Per la Daimler Andreas Hintennach, responsabile della ricerca sulle batterie presso la sede di Stoccarda, in Germania, ha dichiarato che dovrebbero avere i prototipi per le autovetture all'inizio del 2020. La casa automobilistica con vari marchi tra cui Mercedes-Benz ha concordato il mese scorso ordini per 23 miliardi di celle agli ioni di litio di generazione corrente fino al 2030. 

Volkswagen AG prevede di iniziare la produzione di prova con il partner QuantumScape Corp. arriverà non prima del 2022. 

Potrebbero essere tempi ottimistici, dice qualcuno.

Tesla afferma di parlare spesso con gli sviluppatori e di testare i prototipi di batterie ma ancora non vede una tecnologia migliore dei suoi attuali pacchetti agli ioni di litio che col suo modello S può viaggiare fino a 539 chilometri  con una singola carica. Il fornitore di Tesla, Panasonic, ha affermato di continuare a ricercare la tecnologia a stato solido, anche se ci sono molti ostacoli prima che la commercializzazione sia resa possibile.  

Toyota COMS veicoli elettrici super-compatti

La più grande speranza per una svolta riposa su Toyota, secondo i accademici e i dati dei sui brevetti. La più grande casa automobilistica dell'Asia ha almeno 233 brevetti o applicazioni riguardanti la tecnologia, quasi il triplo del suo concorrente più vicino, secondo un'analisi di Tommy Shen di Bloomberg Law. La compagnia sta investendo 1,5 trilioni di Yen (12,1 miliardi di Euro) nel business delle batterie e prevede la commercializzare della tecnologia a stato solido entro i primi anni del 2020, secondo il suo rapporto annuale pubblicato a ottobre. Negli ultimi dieci anni, Toyota ha schierato fino a 200 dipendenti alla volta per perseguire la tecnologia, principalmente nel suo centro di ricerca Higashi-Fuji vicino al Monte Fuji. L'azienda ha progredito nell'uso di batterie allo stato solido per alimentare un orologio digitale, uno scooter a due ruote e un nastro trasportatore prima di testare la tecnologia in una versione adattata della COMS, la sua monoposto a bassa velocità. 

Con molti produttori di batterie EV esistenti, concentrati nella crescita dei volumi e sulla riduzione dei costi, i principali sfidanti di Toyota potrebbero essere un gruppo di startup statunitensi. Nel riflesso di questa possibilità, lo scorso anno la VW ha pagato 100 milioni di dollari per aumentare la propria partecipazione in QuantumScape, fondata da ex ricercatori di Stanford con sede a San Jose, in California. Ionic Materials Inc., con sede a Woburn, Massachusetts, annovera il fondatore di Sun Microsystems, Bill Joy, e un fondo di venture capital composto da case automobilistiche Renault SA, Nissan e Mitsubishi Motors Corp. come sostenitori. SolidEnergy Systems, uno spinoff del MIT con sede a Woburn, prevede di iniziare le sperimentazioni con veicoli elettrici dopo il 2021, ha detto il CEO Qichao Hu in un forum di ottobre a Osaka, in Giappone.  Solid Power, una società di batterie con sede a Louisville, in Colorado, ha una partnership di sviluppo con BMW AG da dicembre 2017. Il CEO Doug Campbell ha detto che è sicuro che la tecnologia a stato solido sarà commercialmente valida nelle automobili solo tra cinque o dieci anni.

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