ricerca e sviluppo

Batterie ricaricabili, ecco perché sono sempre più strategiche: sfide, tecnologie e scenari

Il mondo IT ha contribuito a generare una domanda crescente per batterie capaci di alimentare dispositivi per sempre più tempo, e gli sviluppi tecnologici che hanno consentito la realizzazione di batterie ricaricabili capaci di durare sia nel funzionamento che nel tempo. A che punto è la ricerca, gli sviluppi del mercato

22 Set 2022
Antonio Cisternino

Università di Pisa

batterie

La capacità di immagazzinare energia in dispositivi come batterie o fuel cell è divenuta essenziale per il funzionamento di dispositivi centrali sia nella vita di ciascuno di noi che per il funzionamento dei sistemi industriali.

La capacità di immagazzinare energia e consentirne l’erogazione nel punto più appropriato nel mondo senza dover dipendere da un allacciamento alla rete elettrica è, dunque, essenziale, ma deve essere possibile farlo in sicurezza. Per questo motivo le tecnologie basate su batterie ricaricabili tendono ad essere dominanti rispetto ad altre promettenti alternative: la relativa stabilità nella maggior parte delle situazioni le rende meno pericolose di soluzioni basate su gas, vettore energetico sicuramente più instabile.

The EU Battery Alliance: Powering the EU

Il mondo IT ha contribuito a generare una domanda crescente per batterie capaci di alimentare dispositivi per sempre più tempo, e gli sviluppi tecnologici che hanno consentito la realizzazione di batterie ricaricabili capaci di durare sia nel funzionamento che nel tempo ha permesso di estendere l’impiego di questi serbatoi energetici ad altre industrie che richiedono sempre più energia e la capacità di erogazione di potenza, magari di spunto, per l’alimentazione di attuatori elettromeccanici. Ad esempio, siamo tutti abituati oggi a pensare che un trapano possa funzionare a batteria senza compromettere l’efficienza dei lavori in un cantiere; solo qualche decade fa sarebbe stato impensabile immaginare che delle batterie potessero sostenere un tale scenario, soprattutto batterie ricaricabili.

La ricerca è sicuramente stata spinta dalla crescente attenzione per la realizzazione di veicoli elettrici capaci di assicurare un chilometraggio adeguato e un tempo di ricarica accettabile affinché un automezzo non divenisse inutilizzabile. Il crescente successo delle tecnologie sviluppate ha recentemente portato il Parlamento europeo a discutere di un passaggio dei veicoli da carburante fossile a elettrico in una decade certificando da un lato la maturazione della tecnologia, e dall’altro cercando di spingere per una riconversione industriale del vecchio continente.

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Come si può vedere la densità energetica delle batterie è triplicata nell’arco di soli dieci anni, un risultato assolutamente degno di nota in un settore la cui evoluzione non segue certo la crescita esponenziale a cui ci ha abituato il mondo informatico.

La disponibilità di queste tecnologie continua ad allargarsi a sempre più settori, al punto tale che Tesla è entrata nel business della produzione per assicurare non solo la disponibilità necessaria alla costruzione dei veicoli richiesti dal mercato, ma anche per supportare l’installazione di impianti fotovoltaici nelle case.

Le sfide aperte

Sebbene la tecnologia delle batterie sia in fase di maturazione restano aperti alcuni temi che ne determineranno il pieno successo nel prossimo futuro: una migliore efficienza e durata nel tempo, un sistema di ricarica efficiente, la capacità di produzione su volumi che supportino la produzione su scala globale.

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C’è poi il tema della sicurezza: all’aumento della densità energetica per unità di volume è necessario assicurarsi che eventuali incendi siano rari e si possano controllare. Le batterie al litio hanno già dimostrato di sviluppare spontaneamente combustione al punto da essere sorvegliate speciali anche nei dispositivi personali quando ci si imbarca su un aereo.

L’impatto delle batterie sull’ambiente: cosa prevede il nuovo Regolamento Ue

La volatilità dei mercati è un ostacolo ai necessari investimenti per lo sviluppo di queste tecnologie: la recente battuta d’arresto delle azioni nel settore tecnologico ha svalutato molte compagnie nel settore, basti pensare che la startup californiana QuantumScape valeva 54 miliardi di dollari nel 2020 e oggi il suo valore è di soli 4 miliardi di dollari. Queste svalutazioni riducono la liquidità necessaria ad investimenti di sviluppo soprattutto quando si tratta della fase di industrializzazione dei processi.

Basti pensare che l’annuncio della versione elettrica del popolare pickup F-150 di Ford ha già generato 200.000 preordini nonostante non sia ancora in vendita. Anche city car come la Citroen Ami stanno riscuotendo grande successo (Citroen Ami ha appena superato la quota di 23.000 vendute in due anni di cui quasi la metà per guidatori con meno di 18 anni) e di conseguenza contribuiscono alla crescente domanda di batterie.

Tesla ha annunciato a febbraio la realizzazione di oltre un milione di celle per la nuova generazione di batterie “4680”, assicurando un incremento del 16% del raggio di azione del Model Y grazie ad un design a nido d’ape.

General Motors ha invece annunciato che le celle Ultium richiedono il 70% di cobalto in meno nella propria produzione rispetto a quelle usate nella Chevrolet Bolt.

G.M. non è l’unica a lavorare sui materiali, Sila insieme ad altre startup sono riuscite ad impiegare silicone invece di grafite nella realizzazione di batterie guadagnando oltre il 20% l’efficienza. I materiali impiegati determineranno anche nuovi equilibri globali, la Cina ad esempio raffina molta grafite mentre la lavorazione del silicone è molto più accessibile e distribuita a livello globale.

Le batterie stanno rapidamente guadagnando brand e nomi che contribuiscono al marketing come succedeva per componenti critici dei motori a scoppio come marmitte e carburatori.

Un design “green first”

Lo sviluppo e la costruzione di celle di batterie sempre più performanti non possono prescindere dall’impatto nella produzione, ed è sempre più importante la gestione del recupero di miliardi di celle che saranno prodotte annualmente quando l’intero settore sarà a regime. In sempre più settori modelli di business basati su leasing sembrano promettere una gestione più ordinata dello smaltimento e del recupero di materiali dalle batterie. Anche l’impiego di particolari componenti caratterizzerà l’impatto ambientale ed è cruciale assicurarsi che l’intera filiera sia rispettosa dell’ambiente, altrimenti si rischia di vendere un falso senso di “green” legato alle emissioni zero delle batterie senza considerare le emissioni necessarie alla gestione del loro ciclo di vita.

Un futuro ancora in divenire

L’esplosione del settore e le continue innovazioni sulle tecnologie lasciano intravedere novità in molti settori, incluso la robotica e l’IT che potrà far affidamento su sorgenti energetiche nuove consentendo nuovi design. Basti pensare che il design di un moderno smartphone è fortemente condizionato dalla batteria e dallo schermo, le innovazioni sulle batterie potrebbero contribuire a innovazioni come sta avvenendo con i primi impieghi di schermi pieghevoli.

Sicuramente l’ottimizzazione dei processi produttivi e delle catene di produzione e approvvigionamento sarà un tema centrale per assicurare livelli di produzione capaci di sostituire l’attuale produzione basata su combustibili fossili.

@RIPRODUZIONE RISERVATA

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