Immagazzinare più energia in minore tempo: questa è la sfida principale delle batterie per le auto elettriche, che al pari della diffusione delle colonnine di ricarica guida lo sviluppo dell'intero settore. Con un occhio di riguardo per i costi, ovviamente. Una novità viene dalla società israeliana StoreDot, che si dice pronta alla produzione di massa di innovativi accumulatori al litio con anodi al silicio, per dimezzare i tempi di ricarica senza aumentare la spesa. Non solo: le batterie in questione avrebbero anche una tecnologia per autoriparare le celle danneggiate. Ma andiamo con ordine...
- Vantaggi e svantaggi
- L'elettrodo in silicio: problemi e soluzioni
- La batteria che si auto-ripara
- Come funziona
- Quando arriva
- A confronto con le batterie allo stato solido
VANTAGGI E SVANTAGGI DELL'ELETTRODO AL SILICIO
Le nuove batterie si chiamano StoreDot XFC, acronimo che allude alla ''ricarica estremamente rapida''. Come detto, la principale innovazione è l'uso del silicio per il componente chiamato anodo, in luogo dell'abituale grafite. Come mai nessuno l'ha impiegato prima? Se da un lato si sa che il silicio permette di accumulare fino a circa 10 volte più ioni di litio rispetto alla grafite, e farlo molto più alla svelta, questo materiale durante la carica e la scarica cambia di volume: come una spugna che si strizza e si rigonfia anche del 300%. Quanto basta per mandare in frantumi qualunque componente meccanico di dimensioni prefissate come, appunto, una batteria.
PROBLEMI E SOLUZIONI
La soluzione trovata da StoreDot, che annovera tra i suoi investitori Daimler, Samsung, BP Ventures e VinFast (qui il suo ultimo SUV disegnato da Pininfarina), è di usarlo in piccole dosi, all'interno di una struttura che gli lasci lo spazio che serve per espandersi. Nella fattispecie, nelle batterie StoreDot XFC il silicio è sotto forma di particelle da appena 100 nanometri di diametro, trattenute in una matrice di carbonio e componenti organici, che consente di gestire l'espansione senza effetti dannosi. Con questo sistema la variazione di volume è ridotta al 10%, ma anche i potenziali benefici dell'uso del silicio sono ridotti. Rimarrebbe la rapidità, ma non la possibilità di assorbire 10 volte più energia, visto che per i nuovi accumulatori si parla di una capacità specifica circa doppia delle tradizionali battrie al litio (300 Wh/kg contro 140 Wh/kg).
LA BATTERIA CHE SI AUTO-RIPARA
L'espansione e contrazione dell'anodo al silicio ha una controindicazione: tende a produrre fessurazioni di quello che in gergo si chiama elettrolita solido di interfaccia (SEI), ossia uno strato che si forma sull'anodo nei primi cicli di carica e scarica, e previene un ulteriore consumo della sostanza che consente la migrazione degli ioni all'interno della batteria, costrastando così l'invecchiamento dell'accumulatore. Le fessurazioni del SEI sono il motivo per il quale StoreDot ha anche brevettato una tecnologia di ''autoguarigione'' per riparare le singole celle man mano che queste si danneggiano.
COME FUNZIONA LA GUARIGIONE AUTOMATICA
Un software per l'intelligenza artificiale identifica le celle che non funzionano come dovrebbero o che si stanno surriscaldando, le scollega dal resto della batteria e le ricondiziona al 100% prima di ricollegarle: con un processo di scarica profonda e ricarica lenta che avviene in automatico e durante il normale funzionamento del veicolo, senza che l'utilizzatore se ne accorga. In pratica la strategia di rigenerazione è simile a quella che attuano i mantenitori di carica (qui lo speciale) in presenza di una batteria ''cotta''.
QUANDO ARRIVA
Con questi accorgimenti, StoreDot è stata in grado di produrre in serie celle a dominanza di silicio in grado di resistere a una ricarica estremamente rapida per oltre 850 cicli consecutivi, senza che la capacità dell'accumulatore scendesse al disotto dell'80% (foto sopra). Il 2021 si chiude per la società israeliana con 12 brevetti all'attivo e ''colloqui avanzati con numerosi marchi automobilistici'' per l'adozione della sua tecnologia. Obiettivo per il 2022, arrivare a mille cicli di ricarica con un'efficacia residua superiore all'ottanta percento. La nuova tecnologia XFC con capacità di autorigenerazione sarà in produzione entro il 2024.
E LE BATTERIE ALLO STATO SOLIDO?
Seppure rappresenti una novità interessante la tecnologia XFC non va considerata il punto di arrivo dello sviluppo delle batterie. Il vero salto tecnologico, allo stato attuale delle conoscenze, rimarrà infatti la tecnologia delle batterie allo stato solido (qui un approfondimento). La loro diffusione è prevista già a partire dal 2025 o giù di lì secondo Toyota, che conta inizialmente di usarle per le ibride come la Prius, ma non per le auto 100% elettriche. StoreDot vede il traguardo nel 2028 con quella che chiama tecnologia XED, che sta per extreme energy density.