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Quali sono le ultime tendenze nella tecnologia delle batterie?

Staffan Lundgren
2024-12-11
3,5 min.
Tecnologia e innovazione Elettromobilità Carburanti alternativi
Author
Staffan Lundgren
Direttore, Technology Strategy & Analysis

Negli ultimi anni, i miglioramenti nella tecnologia delle batterie hanno consentito un aumento del trasporto elettrico. Ma quali sono le prossime grandi tendenze e innovazioni nel settore e cosa significheranno per i camion pesanti?
 

Le batterie sono il cuore dell'elettromobilità e ogni miglioramento, in termini di prestazioni, prezzo o affidabilità, accelera la transizione al trasporto elettrico. Sono già stati compiuti progressi significativi in un periodo di tempo relativamente breve.
 

Come si è sviluppata la tecnologia delle batterie

Le prime batterie commerciali al litio furono lanciate nel 1991, ma il loro prezzo e la loro capacità ne limitarono l'uso all'elettronica di consumo. Ma la situazione cambiò rapidamente, con il crollo del loro prezzo, rendendoli in poco tempo un'opzione praticabile per le autovetture e, in seguito, per i camion pesanti. Dal 2010 il costo è diminuito, passando da 1.400 USD a 140 USD per kWh nel 2023: una riduzione del 90%.

 

La svolta principale fu l'invenzione delle batterie LCO (ossido di litio e cobalto) nel 1980 e il principio rivoluzionario dell'utilizzo del litio come materiale catodico. Ciò ha immediatamente raddoppiato la densità energetica delle batterie esistenti. Da allora, le diverse composizioni chimiche delle batterie hanno continuato a evolversi, portando a miglioramenti nella capacità energetica, nella durata, nella sicurezza e nelle prestazioni.

 

Nel 2001 abbiamo assistito allo sviluppo delle batterie NMC (nichel manganese cobalto), che hanno rapidamente riscosso successo nel settore automobilistico grazie alla loro capacità di offrire densità energetiche molto più elevate e una buona stabilità termica. Ora, però, le batterie LFP (litio ferro fosfato) stanno iniziando a dominare il settore. Pur con una densità energetica inferiore a quella delle batterie NMC, esse offrono più sicurezza, una maggiore durata, costi minori e un impatto ambientale ridotto. 

Quali nuove tecnologie di batterie vedremo nei prossimi anni?

Sono in fase di sviluppo numerose nuove tecnologie: Quando si tratta di aumentare la densità energetica, ci sono grandi speranze per le batterie allo stato solido. Ciò comporta la sostituzione dell'elettrolita liquido con materiali solidi come la ceramica o i polimeri solidi, consentendo di immagazzinare più energia in una batteria più piccola e leggera. Per i camion elettrici, ciò si tradurrebbe in autonomie maggiori. Tuttavia, quando si utilizzano elettroliti solidi, la resistività della batteria aumenta rispetto a un elettrolita liquido. Pertanto, al momento esistono alcuni problemi connessi alla velocità di ricarica e al degrado delle prestazioni nel tempo. Tuttavia, questa tecnologia offre grandi potenzialità per ridurre i limiti delle batterie agli ioni di litio e continua a essere sviluppata. Toyota, ad esempio, punta ad avviare la produzione commerciale di veicoli elettrici con batterie a stato solido entro il 2027.

 

L'altra tendenza che guida lo sviluppo delle batterie è la necessità di soluzioni più economiche e sostenibili. In quest'ambito, le batterie agli ioni di sodio costituiscono un'opzione promettente. Oggi hanno circa la metà della densità energetica di una batteria al litio, ma costano anche circa la metà, quindi questa tecnologia potrebbe essere una buona opzione per applicazioni con un fabbisogno energetico inferiore. Poiché contengono sodio, uno dei materiali più economici e facilmente reperibili sul pianeta, anche il loro impatto ambientale è di gran lunga inferiore a quello delle batterie al litio. 

Le batterie sono il cuore dell'elettromobilità e ogni miglioramento, in termini di prestazioni, prezzo o affidabilità, accelera la transizione al trasporto elettrico.

Quali tecnologie di batterie saranno utilizzate per i camion elettrici pesanti?

La sfida principale è quella di ridurre i costi dei camion elettrici: sviluppare batterie più economiche sarà di grande aiuto. Ma anche le esigenze dei proprietari di camion variano in base alle applicazioni. Per quanto riguarda i camion per lunghe distanze, puntiamo a raggiungere la stessa flessibilità operativa di un camion diesel. Presto saranno disponibili camion elettrici con autonomia fino a 600 km. Tuttavia, per percorrere distanze più lunghe, spesso sarà necessario fermarsi per la ricarica durante il giorno. E la ricarica può richiedere anche due ore circa.

 

Penso che assisteremo a una certa diversificazione nel settore, con l'impiego di diverse tecnologie di batterie a seconda dell'attività di trasporto. Forse vedremo le batterie agli ioni di sodio utilizzate sempre di più in missioni di breve durata in cui la richiesta di energia è relativamente bassa, come la distribuzione urbana. Inoltre, ipotizzando anche un'innovazione tecnologica futura, assisteremo all'uso delle batterie allo stato solido sui camion elettrici per il trasporto a lungo raggio. 

 

In ogni caso, sono in corso intense attività di ricerca e sviluppo su queste tecnologie. Sono molti gli attori in tutto il mondo, tra cui aziende tecnologiche, produttori industriali e istituzioni pubbliche, che investono pesantemente nello sviluppo e nel miglioramento delle tecnologie delle batterie. Non assisteremo necessariamente a una scoperta rivoluzionaria, come la prima batteria al litio-ossido di cobalto, ma continueremo a vedere la tecnologia svilupparsi e migliorare nel tempo.

 

Per saperne di più sulle batterie dei camion elettrici, potrebbe interessarti leggere 7 miti comuni sulle batterie dei camion elettrici. Per saperne di più sul riutilizzo delle vecchie batterie per ridurre il loro impatto ambientale, puoi leggere Dare una seconda vita alle batterie dei camion

Negli ultimi decenni sono state sviluppate diverse tipologie di batterie, ciascuna con punti di forza e debolezza. La batteria ottimale per un dato veicolo dipende dalle sue esigenze e dalle sue condizioni operative. Ecco le principali sei combinazioni di elementi chimici in uso attualmente:

 

Ossido di litio e cobalto (LCO)

Una scoperta rivoluzionaria fatta dal chimico inglese John B. Goodenough, che ha gettato le basi per lo sviluppo futuro delle batterie agli ioni di litio. Tuttavia, a causa di una durata relativamente breve e di una scarsa stabilità termica, il loro uso si limita ai dispositivi elettronici personali. L'elevato contenuto di cobalto ne aumenta anche il costo e l'impatto ambientale.

Capacità energetica: 150-200 Wh/kg

Ciclo di vita: 500-1000 cicli

Fuga termica (la temperatura a cui le celle della batteria raggiungono uno stato di autoriscaldamento incontrollabile e diventano, pertanto, un rischio per la sicurezza): 150°C

 

Litio Ferro Fosfato (LFP)

Sviluppate nel 1996, le batterie LFP offrono maggiore sicurezza e stabilità termica rispetto alle batterie LCO, nonché cicli di vita più lunghi. Hanno anche minori costi di produzione e sono più rispettose dell'ambiente perché non contengono cobalto. Sebbene la loro capacità energetica sia relativamente bassa rispetto a batterie basate su altri elementi chimici, sono sempre più utilizzate nei veicoli elettrici.

Capacità energetica: 90-120 Wh/kg

Ciclo di vita: +2000

Fuga termica: 270°C

 

Ossido di litio e manganese (LMO)

Commercializzate per la prima volta nel 1996, le batterie LMO offrono una buona stabilità termica e sicurezza, oltre a essere più economiche da produrre e ad avere un impatto ambientale inferiore rispetto alle soluzioni chimiche a base di cobalto. Offrono velocità di scarica elevate, ma densità energetica relativamente bassa e cicli di vita brevi. Ciò li rende adatti alle auto elettriche, alle auto ibride e alle e-bike.

Capacità energetica: 100-150 Wh/kg

Ciclo di vita: 300-700

Fuga termica: 250°C

 

Ossido di litio, nichel, manganese e cobalto (NMC)

Sviluppate nel 2001, le batterie NMC offrono un buon equilibrio tra densità energetica e sicurezza, rendendole le batterie più comunemente utilizzate oggi nel settore dei veicoli elettrici. La loro elevata densità energetica garantisce un'autonomia maggiore e le rende più adatte per i veicoli pesanti. Tuttavia, a causa degli elevati costi di produzione e dell'impatto ambientale, i produttori di automobili stanno sempre più utilizzando batterie LFP più economiche, nonostante la loro minore densità energetica.

Capacità energetica: 150-220 Wh/kg

Ciclo di vita: 1000-2000

Fuga termica: 210°C

 

Ossido di litio, nichel, cobalto e alluminio (NCA)

Le batterie NCA offrono un'elevata densità energetica, un lungo ciclo di vita ed eccellenti capacità di ricarica rapida. Tuttavia, presentano un rischio maggiore di instabilità termica, soprattutto alle alte temperature o in caso di sovraccarico. Vengono utilizzati in alcuni veicoli elettrici ad alte prestazioni, ma il loro impiego è limitato per motivi di sicurezza.

Capacità energetica: 200-260 Wh/kg

Ciclo di vita: 500

Fuga termica: 150°C

 

Titanato di litio (LTO)

Le batterie LTO sono tra le batterie agli ioni di litio più sicure sul mercato, con un'eccellente stabilità termica. Offrono funzionalità di ricarica rapida e cicli di vita lunghi. Ciò li rende vantaggiosi per i veicoli elettrici che necessitano di ricariche brevi e frequenti, come i mezzi di trasporto pubblico. Tuttavia, la loro capacità energetica è bassa e la loro produzione è costosa.

Capacità energetica: 50-80 Wh/kg

Ciclo di vita: 3000-7000

Fuga termica: 280°C
 

Fonti: Battery University, Elementi, Dragonfly, batteria Flash Battery

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