Cosa rende davvero speciale un’auto elettrica? La risposta sta nella sua batteria: un elemento fondamentale che non solo alimenta il motore, ma rappresenta il cuore pulsante dell’intera tecnologia. Ma avete mai avuto curiosità di scoprire come funziona esattamente una batteria elettrica? O quali innovazioni stanno trasformando il modo in cui guidiamo? In questo articolo, scopriremo insieme come le diverse tipologie di batterie stanno rivoluzionando il mondo delle auto elettriche, promettendo prestazioni sempre più efficienti e sostenibili.
Come funziona la batteria di un’auto elettrica?
Facciamo un passo indietro. Semplificando al massimo, le batterie delle auto elettriche funzionano secondo i principi dell’elettrochimica: generano cioè energia elettrica sfruttando reazioni chimiche spontanee. Ogni veicolo elettrico è dotato di un battery pack, un gruppo di batterie costituito da più celle singole e tutte uguali. Ogni cella, chiamata cella galvanica, è composta da tre elementi: un anodo (elettrodo negativo), solitamente realizzato in grafite; un catodo (elettrodo positivo), costituito da ossidi metallici come nichel, manganese e cobalto; un elettrolita, una sostanza liquida o viscosa che consente il movimento degli ioni tra anodo e catodo.
Quando guidiamo, gli elettroni scorrono dall’anodo al catodo, generando la corrente elettrica che alimenta il motore elettrico e mette in moto le ruote. Quando il veicolo viene ricaricato in una wallbox o in una stazione di ricarica, il processo si inverte: una fonte esterna di energia spinge gli elettroni dal catodo all’anodo, permettendo alla batteria di recuperare carica.
Nuove tecnologie per le batterie di auto elettriche
Tutte le batterie sono progettate per resistere a numerosi cicli di carica e scarica ma, con il tempo, questo processo può ridurre la loro potenza, proprio come accade anche alle batterie dei nostri smartphone. Sebbene il principio di funzionamento sia lo stesso, esistono diverse tipologie di batterie, ognuna con caratteristiche, vantaggi e svantaggi specifici. Analizziamo insieme le più avanzate.
Batterie allo stato solido
Le batterie allo stato solido devono il loro nome all’elettrolita, che in questo caso è in stato solido anziché liquido, realizzato con materiali come solfuri o ossidi, capaci di garantire un transito degli ioni più efficiente. Rispetto alle batterie tradizionali, quelle allo stato solido possono raddoppiare la densità energetica e accumulare più energia in meno spazio e con un peso inferiore, aspetti cruciali per migliorare efficienza e potenza dei veicoli elettrici. Inoltre, l’elettrolita liquido è notoriamente infiammabile, mentre la sua controparte solida riduce il rischio di incendi e instabilità termica, offrendo quindi una maggiore sicurezza.
Un altro vantaggio significativo è la velocità di ricarica: alcuni prototipi permettono di completare una ricarica in soli 10-15 minuti. Con una singola carica, un veicolo elettrico equipaggiato con queste batterie può percorrere fino a 700 km o più. Grazie all’impiego di materiali meno rari e alla minore necessità di sistemi di raffreddamento, i costi di produzione risultano relativamente contenuti.
Tuttavia, la produzione su larga scala di queste batterie è ancora complessa. Gli ingegneri stanno cercando di ottimizzare materiali e processi per garantire una qualità costante e alte prestazioni. Nonostante le prospettive di riduzione dei costi a lungo termine, i costi iniziali di produzione sono ancora elevati, motivo per cui queste batterie, per ora, si trovano solo nei modelli più avanzati di veicoli elettrici. Infine, benché promettano una lunga durata, le batterie allo stato solido devono ancora dimostrare la capacità di affrontare migliaia di cicli di ricarica per competere con la longevità delle attuali tecnologie agli ioni di litio.
Batterie al litio-zolfo
Le batterie al litio-zolfo sono composte da un catodo di zolfo, un anodo di litio e un elettrolita liquido. Quando le utilizziamo, gli ioni si spostano dall’anodo al catodo, dove il litio reagisce con lo zolfo formando polisolfuri di litio. Questa reazione permette di raggiungere una densità energetica maggiore rispetto ad altre batterie, arrivando fino a 500 Wh/kg rispetto ai 150-250 Wh/kg delle tradizionali batterie al litio-ione. In pratica, questo si traduce in un’autonomia di guida significativamente maggiore per le auto elettriche.
Un altro grande vantaggio è che lo zolfo è un materiale economico di cui si dispone in abbondanza. Questo significa che i costi di produzione sono inferiori rispetto a quelli delle batterie che utilizzano altri materiali più rari e costosi come nichel o cobalto. Inoltre, lo zolfo è non tossico e non infiammabile, rendendo queste batterie più sicure e sostenibili.
Tuttavia, ci sono anche delle sfide. Le batterie al litio-zolfo hanno una vita utile più breve a causa della dissoluzione dei polisolfuri nell’elettrolita, che porta a una perdita di capacità nel tempo, e in generale non possono sopportare lo stesso numero di cicli di carica e scarica delle batterie agli ioni di litio. Inoltre, lo zolfo e i suoi prodotti di scarica hanno una bassa conducibilità elettrica, il che richiede l’uso di additivi conduttivi che possono ridurre la densità energetica complessiva. Durante i cicli di carica e scarica, le batterie subiscono significative variazioni di volume (fino all’80%), che possono causare un degrado meccanico. Inoltre, durante la carica, possono formarsi dendriti di litio sull’anodo, aumentando il rischio di cortocircuiti e problemi di sicurezza.
Sono batterie che offrono promettenti vantaggi in termini di densità energetica e sostenibilità, ma che richiedono ulteriori sviluppi per superare le attuali limitazioni in termini di durata e affidabilità.
Batterie ioni di sodio
Le batterie a ioni di sodio sono composte da un catodo a base di materiali come i composti ferro-manganese-nichel e da un anodo in carbonio duro o altri materiali adeguati, e offrono una densità energetica compresa tra 90 e 160 Wh/kg, leggermente inferiore rispetto alle batterie al litio-zolfo. Tuttavia, queste batterie si distinguono per essere estremamente economiche, grazie all’ampia disponibilità e al basso costo del sodio.
Un altro vantaggio importante del sodio è la sua non infiammabilità, che consente alle batterie di operare in modo sicuro anche a temperature elevate, senza rischio di instabilità termica. Inoltre, il sodio è meno tossico e più sostenibile rispetto a metalli come il cobalto, comunemente utilizzati in altre batterie. La tecnologia a ioni di sodio richiede anche una minore concentrazione di elettroliti, rendendo la produzione ancora più conveniente. Un ulteriore beneficio è che gli ioni di sodio non formano leghe con l’alluminio, permettendo la creazione di materiali da costruzione più leggeri.
Tuttavia, la densità energetica delle batterie agli ioni di sodio rimane inferiore rispetto a quelle al litio. Queste batterie hanno anche una durata di vita più breve, dovuta a problemi come le sollecitazioni meccaniche causate dagli ioni di sodio, che ne accelerano la degradazione. La tecnologia è ancora nelle prime fasi di sviluppo rispetto a quella degli ioni di litio, il che comporta una disponibilità commerciale limitata e costi di produzione iniziali più elevati, a causa di una catena di approvvigionamento ancora immatura. Sebbene siano adatte per l’accumulo di energia stazionaria, le batterie a ioni di sodio potrebbero non essere ideali per applicazioni ad alte prestazioni, come i veicoli elettrici o l’elettronica di consumo.
Vantaggi delle batterie di ultima generazione
Come si può notare, tutte le batterie di ultima generazione offrono vantaggi significativi per i veicoli elettrici. Grazie a una maggiore densità energetica l’autonomia è migliorata, permettendoci di percorrere più chilometri con meno soste per la ricarica e meno range anxiety. Anche l’efficienza energetica è aumentata, con ricariche più veloci (alcune in soli 10-15 minuti) e tempi d’attesa dimezzati. Inoltre, l’utilizzo di materiali facilmente reperibili e meno tossici come zolfo e sodio rende queste batterie più sostenibili, per aiutare a ridurre l’impatto ambientale. La scelta di una batteria rispetto a un’altra dipende dalle esigenze individuali di autonomia, budget e sostenibilità: consultare un esperto o il produttore può aiutare a individuare la soluzione più adatta al proprio veicolo elettrico.
Il futuro dell’auto elettrica
Il futuro delle auto elettriche è sempre più entusiasmante, grazie alle costanti innovazioni tecnologiche. Con batterie che durano di più, tempi di ricarica sempre più rapidi e costi in calo, presto diventeranno una scelta alla portata di molti. L’industria e i ricercatori continuano a lavorare per risolvere questioni ancora aperte, come la produzione su larga scala di batterie più avanzate e l’espansione delle stazioni di ricarica. Alimentare questi veicoli con energie rinnovabili permetterà di ridurre ancora di più le emissioni di CO₂, accelerando la transizione verso una mobilità più sostenibile. Nei prossimi anni, le auto elettriche potrebbero diventare protagoniste assolute sulle nostre strade, cambiando il nostro modo di muoverci e contribuendo a proteggere l’ambiente per chi verrà dopo di noi.