Batterie nella smart mobility

Batterie, auto/colonnine elettriche della smart mobility

Il Settore automotive, anch’esso colpito dalla pandemia, ha visto un calo del 34% nella vendita rispetto al settembre 2019. Invece, in forte controtendenza, è il segmento delle auto elettriche (BEV e PHEV), che infatti sono in crescita di oltre il 150% nel medesimo orizzonte temporale, con quasi 30 mila auto elettriche immatricolate nei primi 9 mesi del 2020. Hanno sicuramente contribuito tre fattori importanti: gli incentivi per l’acquisto di EV (cosiddetto ecobonus, prorogato anche per il 2021), l’aumento di vari modelli di veicoli elettrici (88 modelli al giugno 2020) e l’aumento dei punti di ricarica delle colonnine elettriche per ricaricare le batterie dei veicoli (oltre 16.500 ad agosto 2020).

Le batterie dei veicoli elettrici

A bordo delle auto elettriche Bev (Batteri Elettric Vehicle) e Phev (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) sono installate quasi nella totalità le batterie agli ioni di Litio. Per i prossimi anni si aspettano varie migliorie di queste batterie tra cui l’incremento della vita utile e della densità energetica, una significativa riduzione dei costi ed il superamento di problemi di sicurezza legati alla gestione del calore. Fondamentale l’evoluzione del Battery Management System che avrà effetti sulla velocità di carica/scarica energetica e sull’incremento del ciclo di vita.

Si è proiettati allo sviluppo di batterie di nuova generazione. Le batterie che possono essere affiancate alla tecnologia degli ioni di litio, dotate di elettrolita liquido o polimerico, sono le batterie al litio allo stato solido, con elettrolita solido. Questa tecnologia, che si distingue per la propria stabilità nella ricarica veloce, anche ad alta tensione, con maggiore ciclo di vita e maggior sicurezza, perché infiammabile. Tuttavia, ha lo svantaggio di avere minore densità di energia che, collegata a maggiore dimensione, richiede una fase di ricarica lenta. Le batterie allo stato solido sono attualmente in fase di prototipazione in varie aziende tra cui la Toyota che prevede un’auto con questa tecnologia già nel 2021.

Caratteristiche delle batterie attuali

Le tecnologie attualmente in commercio sui veicoli elettrici sono quelle agli ioni di litio e quelle al nichel metallo idruro che sono più diffuse sui veicoli ad idrogeno. Le caratteristiche per valutare le batterie sono: densità di energia massica (kWh/Kg), ovvero il valore dell’energia nominale, la vita utile, ovvero il ciclo di vita della batteria prima del decadimento e infine, un termine di paragone economico, il costo (€/kWh).

  • Batteria agli ioni di litio: densità di energia massica 60-260 kWh/Kg, cicli di vita 500-1.000, costo 130-200 €/kWh.
  • Batteria al Nichel metallo idruro: densità di energia massica 30-80 kWh/Kg, cicli di vita 500-1.500, costo 150-250 €/kWh.

Evoluzione della tecnologia della batteria al Litio

I valori di riferimento si prefiggono uno standard al 2030, anno prefissato per quanto riguarda il raggiungimento dei primi obiettivi in merito alle emissioni di CO2. La principale evoluzione attesa è l’incremento della densità di energia, che si stima accresca fino a 275 Wh/kg. Ulteriori evoluzioni sono relative al ciclo della vita utile, quindi superare la soglia dei 1000 cicli ed una significativa riduzione dei costi quasi al 50% con un range tra gli 80-120€/kWh.

Ulteriori tecnologie di batterie

Un’alternativa tecnologica riguarda le batterie a flusso di elettrolita, le Zinco-Bromo e Sali di vanadio: la batteria si ricarica sostituendo l’elettrolita che si è scaricato durante l’utilizzo e non ricaricando il veicolo.

In fase di ricerca ci sono le batterie organiche, che consistono nella chimica delle celle organiche a base di grafene e quindi non utilizzano materiali rari, tossici o costosi come i metalli. Quindi sono totalmente riciclabili, hanno densità di energia elevata e la possibilità di effettuare ricarica rapida.

Battery Day di Tesla

Tra le tante novità del Battery Day, emerge la proposta di Elon Musk per Tesla con una batteria eccezionale dalla super autonomia, perfetta per le auto elettriche. Questa batteria sembra essere il miglior compromesso tra densità, peso, vita utile e costo, così la elogia Elon Musk. La novità è di John Goodenough che ha scoperto la batteria a vetro che con l’utilizzo del sodio o del litio applicati al vetro, riesce a ricaricarsi in brevissimo tempo e a mantenere un’elevata densità di energia con un costo molto ridotto. Non perdendo capacità nel tempo, la batteria a vetro sembra essere una scoperta eccezionale per le auto elettriche. Ma per ora, come annunciato da Goodenough, rimane solo una tecnologia creata in laboratorio.

Che fine fanno le batterie usate?

Altro punto che si aggiunge, oltre alla durata della batteria, è quello inerente allo smaltimento. Le batterie agli ioni di litio, le più diffuse, hanno dei materiali chimici al loro interno come nichel e cobalto che possono essere riutilizzate con le tecnologie giuste. Al momento lo smaltimento delle batterie al litio avviene in due modi:

  • Dei centri di smaltimento appositi recuperano le sostanze contenute nelle batterie (nichel e cobalto).
  • Le batterie usate vengono riutilizzate per altri usi come: alimentare i lampioni stradali (in Giappone) alimentare un battello elettrico (la Renault con le batterie del modello Zoe) o altri compiti come alimentare elettrodomestici o immagazzinare l’energia dei pannelli solari.

L’Italia ricopre un ruolo da protagonista con la società COBAT (azienda storica che si occupa di smaltimento delle batterie) e il CNR di Firenze nel recupero delle materie prime e nello smaltimento delle batterie. Inoltre, con COBAT, l’Italia è presente assieme Belgio, Paesi Bassi, Germania, e Norvegia nella prima piattaforma europea per la raccolta e il riciclo delle batterie agli ioni di litio, Reneos.

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