Dai nostri smartphone alle auto, le batterie sono un elemento cruciale del nostro vivere quotidiano, ora più che mai. E in tempi così estremamente energivori come quelli che stiamo vivendo non ci si può accontentare delle tecnologie attuali, non solo per quanto concerne una questione di prestazioni ma anche di rapporto con i costi e la sostenibilità.

Le batterie agli ioni di litio, lo standard attuale

Attualmente lo stato dell’arte sono le batterie agli ioni di litio. Uno standard che è tale grazie alla loro densità energetica, ovvero il rapporto tra energia immagazzinata e peso/volume della cella e della batteria. Questo rapporto è il migliore che c’è per il momento in commercio, rispetto alle versioni e alle tecnologie precedenti, come le batterie al piombo. 

Ma al di là di questo aspetto e delle migliaia di cicli di ricarica prima di un degrado non certo trascurabile le celle agli ioni di litio hanno anche degli svantaggi. Quello principale è la sensibilità eccessiva alle estreme variazioni termiche, oltre al pericolo di surriscaldamento o di fuoriuscita dell’elettrolita liquido in caso di cortocircuiti o di urti.

Non ci si può permettere quindi il lusso di restare fermi alle tecnologie attuali. E così, anche per andare incontro alle esigenze attuali e alla domanda crescente di energia la prossima innovazione sarà quella delle batterie a stato solido, testate in particolare per le auto elettriche.

Le batterie allo stato solido saranno la prossima frontiera?

Sostituendo l’elettrolita liquido con materiali solidi come polimeri, questi dispositivi riducono del tutto i rischi di surriscaldamento e di fughe termiche, e presentano una migliore densità energetica che surclassa le versioni agli ioni di litio. Ancora, sono ideali per le ricariche ultra rapide senza pagare dazio con il riscaldamento della batteria, e rispetto alle altre batterie sostengono molti più cicli di carica e scarica, sino a 10.000.

Il problema è che i costi produttivi sono piuttosto alti, ma questo non sta frenando alcune realtà automobilistiche che puntano a far andare i propri veicoli con queste batterie. E ancora una volta è la Cina ad anticipare le mosse, con il marchio Dongfeng (arrivato anche in Europa) che ha avviato le prove sulle proprie auto dotate di una batteria da loro sviluppata, con una densità energetica da 350 Wh/kg e un’autonomia che, secondo l’azienda, può superare i 1.000 km. Test svolti in condizioni climatiche estreme, sotto i 30 gradi per mettere alla prova la capacità delle celle di mantenere le proprie prestazioni in contesti così probanti. E se tutto va per il verso giusto, Dongfeng è pronta ad avviare la produzione dalla fine di quest’anno.

Mentre la Cina si muove con altre realtà, in primis il colosso delle batterie CATL, anche in Europa qualche passo in avanti si sta compiendo. Mercedes ha montato delle batterie a stato solido prodotte dall’americana Factorial Energysulla sua EQS per un test di oltre un migliaio di chilometri. 

E la finlandese Donut Lab si è spinta ulteriormente in là, dichiarando che la sua batteria allo stato solido è pronta ad essere prodotta prima degli altri e che promette risultati strabilianti: su una densità energetica di 400 Wh/kg, le celle assicurano dei tempi di ricarica sui 5 minuti e una durata che si spinge a 100.000 cicli di carica/scarica (anche se c’è chi ha obiettato che quella di Donut sia più un supercondensatore, pur con l’azienda che si sta prodigando nel testare il proprio dispositivo per dimostrare che è effettivamente una batteria).

Le altre innovazioni: il sodio

Tra le altre innovazioni in questo campo le batterie agli ioni di sodio, che rispetto al litio si basano su un elemento che abbonda sul pianeta ed è quindi molto più economico. Oltre a presentare una estrazione molto meno impattante rispetto al litio e al cobalto. Come le versioni a stato solido sono meno soggette a surriscaldamento e possono mantenere una loro efficienza anche in condizioni climatiche estreme.

Di contro, la loro densità energetica è decisamente inferiore così come la durata dei cicli carica e scarica, e le caratteristiche dello ione di sodio impongono delle batterie più pesanti e grandi. Le celle agli ioni di sodio vengono perciò preferite per i progetti di stoccaggio dell’energia, ad esempio per i data center o per gli impianti fotovoltaici.

Dal silicio al decadimento nucleare

Ancora, tra le altre innovazioni per le batterie citiamo gli anodi di silicio, in sostituzione dei tradizionali anodi in grafite e che consentirebbero una maggiore capacità e quindi una maggiore autonomia, a parità di dimensioni e peso.

O le batterie ferro-aria, che hanno dalla loro elementi che abbondando sul pianeta e quindi minori costi, con autonomia notevole e votate per lo stoccaggio di lunghissimo periodo per cicli costanti e di lunga durata (anche se presentano lo scotto di un peso notevole, indirettamente proporzionale alla loro densità energetica).

Ancora più suggestive le micro-batterie nucleari, come quella realizzata dalla cinese (e chi se no?) Beijing Betavolt New Energy Technology, che sfrutta il decadimento radioattivo del Nichel-63. Il tutto in un dispositivo miniaturizzato, che potrebbe garantire una autonomia ultradecennale. Ma le potenzialità di queste batterie potrebbero spingersi verso il migliaio di anni, grazie ad una densità energetica che supera sino a un milione di volte quella delle normali versioni agli ioni di litio.

Batterie sicure e che durano a vita: un sogno per tutti noi, che però si scontra al momento con una generazione di energia abbastanza trascurabile, nell’ordine dei micro e dei milliwatt. Oltre al fatto che parliamo di dispositivi che non possono essere arrestati (una volta attivati la produzione energetica, frutto del decadimento, va avanti in maniera continua, anche quando l’apparecchio che la ospita è spento), e che comportano ingenti costi di produzione. Ma la ricerca continua.

(Fonte: https://tech.supercarblondie.com/battery-innovations-solid-state-sodium-ion-technology/)