Le batterie a stato solido si avvicinano a diventare realtà? Potrebbero intanto uscire dai laboratori, dove gli studi e gli sviluppi non si fermano per creare prodotti affidabili, sostenibili, efficaci e sicuri più delle attuali versioni agli ioni di litio
Su queste pagine abbiamo fatto degli excursus sull’evoluzione delle batterie, il cui design comunque non è stato stravolto più di tanto dai primi prototipi comparsi alla fine del XVIII secolo. La prima pila di Alessandro Volta, comparsa nel 1799, presentava (per farla breve) al suo interno un anodo caricato positivamente, un catodo negativamente, e un elettrolita liquido che consentiva il passaggio degli elettroni tra questi due materiali. Con gli ovvi e dovuti aggiustamenti, e le naturali evoluzioni, questa struttura rappresenta in buona parte le batterie ancora oggi. In particolare, le più diffuse sul mercato e nelle nostre abitudini, quelle agli ioni di litio.
La rivoluzione delle batterie a stato solido
Tuttavia i progressi tecnologici, spinti anche dalla diffusione delle auto elettriche che necessitano di pacchi più affidabili ed efficienti, sta portando questi dispositivi verso un’era rivoluzionaria. Ci riferiamo alle batterie a stato solido. I primi esperimenti di un elettrolita non più liquido ma appunto solido risalgono agli anni Settanta. Ma i tempi non erano ancora maturi, visti i costi di produzione e gestione allora proibitivi.
Ciò ha impedito che questo tipo di batterie potesse approdare prima nel mercato. E questo nonostante gli indubbi vantaggi di una maggiore densità energetica (il rapporto tra quantità di energia immagazzinata e volume della batteria) e rischi decisamente ridotti in termini di surriscaldamento e incendio.
L’innovazione di TDK: una batterie a stato solido con densità energetica superiore
Oggi invece siamo sempre più vicini a tagliare il traguardo e aprire una nuova era dopo gli ioni di litio. Come riporta un’analisi di Future Explored, pubblicata su FreeThink.com, la tecnologia a stato solido è già presente in alcuni impianti medici ed orologi. Quindi piccoli dispositivi, ma lo scorso giugno TDK ha annunciato un aggiornamento per la sua batteria a stato solido ricaricabile CeraCharge, ovvero lo sviluppo di un materiale tale da consentire una densità energetica 100 superiore alla versione precedente, toccando il valore di 1.000 Wh/L.
Ciò aprirebbe la possibilità di molteplici usi: contenendo molta più energia, inoltre, può determinare indubbi vantaggi dal punto di vista ambientale vista la durata. Per ora la nuova CeraCharge potrebbe fare la sua comparsa in apparecchi acustici, smartwatch e cuffie wireless, ma nel futuro, si legge in Future Explored, se verranno risolte le problematiche relative alla produzione si potrà utilizzare su larga scala anche per gli smartphone.
Come ha spiegato infatti a FreeThink Hiroshi Sato, responsabile della sezione del Dipartimento di sviluppo delle unità energetiche di TDK, con l’aumento delle dimensioni e della superficie della batteria nascono i problemi. Infatti, “diventa difficile realizzare una struttura uniforme e ad alta densità”. Cosa che porta “a difetti strutturali come crepe e deformazioni“. Ecco perché è meglio iniziare a lavorare sulle versioni più piccole, “e quindi esplorare il potenziale per quelle più grandi”.
Toyota scommette sulle batterie a stato solido
Nel mondo automobilistico, chi sta esplorando in maniera decisa questo territorio è Toyota. Come abbiamo già spiegato (qui tutte le tappe che porteranno al debutto sul mercato) dopo i ritardi accumulati nell’elettrico il colosso giapponese intende recuperare terreno spiazzando la concorrenza con batterie di propria produzione e innovative. In questo modo si abbattono i costi per averle da terzi, e si ottiene un dispositivo di accumulo più affidabile, che consente una migliore autonomia e minori rischi in termini di sicurezza. Oltre a costi più ridotti. Tutti aspetti che possono pesare negli orientamenti del cliente.
Altre realtà automobilistiche puntano allo stato solido
Il progetto va avanti con la collaborazione della società energetica Idemitsu Kosan, e dovrebbe vedere la luce in termini produttivi tra il 2027 ed il 2028. Nel frattempo, FreeThink ricorda che anche Mercedes-Benz si sa muovendo, anche se non in proprio. In questo caso la casa tedesca ha stretto nel 2022 un accordo con la società sviluppatrice ProLogium Technology per produrre batterie a stato solido per implementare nelle sue auto entro il 2030. Intanto scorso gennaio la società ha inaugurato il suo primo impianto di questa tipologia di accumulatori. Per la produzione di massa si dovrebbe attendere sino al 2027 e, sempre come riporta FreeThink, a pieno regime lo stabilimento potrebbe produrre una mole di batterie che potrebbe bastare per 26.000 veicoli elettrici ogni anno.
Ma gli esempi di chi sta lavorando su questa tecnologia abbondano. PowerCo, società che per Volkswagen produce batterie, ha firmato un accordo con QuantumScape, realtà californiana che sta sviluppando una batteria a stato solido dalla densità tale che potrebbe ricaricarsi completamente in un quarto d’ora.
Nell’aprile di quest’anno invece Ion Storage Solutions, altro produttore la cui sede è nel Maryland, ha aperto un impianto in cui si producono batterie allo stato solido con elettroliti ceramici e anodi di litio metallico. Batterie destinate anche a veicoli elettrici.
Ma c’è il problema legato alla produzione su vasta scala
Resta comunque da superare l’ostacolo produttivo, che abbiamo citato in precedenza. Le batterie a stato solido richiedono capacità e costi notevoli in questo senso, ma c’è chi sta lavorando per ovviare al problema. È il caso di Dragonfly Energy, che sta mettendo a punto processi produttivi eliminando uno degli elementi più costosi, ovvero le grandi stanze di essicazione che assorbono molta energia nel processo.
Ci vorrà forse ancora del tempo per vedere delle batterie a stato solido montate sulle auto e non solo. Ma intanto la via dai laboratori all’uso comune è tracciata e non si può tornare indietro. Ad esempio, un gruppo di ricercatori di Harvard ha messo a punto un accumulatore che nel proprio anodo presenta il silicio, e che consente ricariche in 10 minuti. Colleghi danesi invece hanno annunciato una batteria allo stato solido che non fa uso di litio.
