Quando si parla, ancora oggi, di auto convenzionali il loro cuore è, senza dubbi, il motore a scoppio. Per decenni il 12 cilindri Ferrari ha rappresentato il sogno per tutti gli appassionati d’auto, ma anche il riferimento mondiale dell’innovazione tecnologica della Motor Valley, in termini di prestazioni estreme, leggerezza ed efficienza energetica.
Oggi stiamo vivendo un grande cambio di paradigma: le batterie rappresentano decisamente la parte più importante e critica delle auto elettriche, infatti, sono la parte che ne caratterizza di più l’uso oltre a differenziarne le prestazioni assolute, ma anche il rapporto dell’utilizzatore con l’importante infrastruttura di ricarica, delle batterie stesse.
La geopolitica della mobilità futura
Parlando di geopolitica, chi dominerà il mercato delle batterie o meglio delle celle che le compongono, per l’applicazione nei veicoli elettrici, includendo nel processo l’estrazione e la lavorazione delle materie prime per produrle, controllerà strategicamente la mobilità mondiale, come avvenuto per decenni, da parte dei Paesi produttori di petrolio. Viceversa, le batterie possono essere già ricaricate, oggi, con energia fotovoltaica, idroelettrica ed eolica a chilometro zero.
Il motore elettrico
Dopo decenni di ricerche elettromeccaniche e meccatroniche la tecnologia dei motori elettrici, per qualsiasi applicazione, è abbastanza consolidata, diffusa e matura, reperibile un po’ ovunque al mondo. I motori per le auto elettriche sono prodotti da molti costruttori specializzati, anche se l’Europa rappresenta ancora un’eccellenza mondiale e l’Italia è ben salda tra i migliori Paesi che detengono una notevole unicità elettrotecnica.
La ricarica ultrarapida dei pacchi batteria
Le batterie agli ioni di litio ad elettrolita liquido rappresentano la tipologia più comune sulle auto in vendita oggi, un po’ ovunque, in tutto il mondo. Grazie alle ultime innovazioni europee, a voltaggi di ricarica estremi, cioè fino a 850V e 350kW di potenza gli attuali pacchi batteria, con celle agli ioni di litio, di ultima generazione, già in produzione e vendita, raggiungono un’autonomia di circa 100 km in soli 5 minuti di ricarica ultrarapida. Queste prestazioni di ricarica sono oggi raggiungibili su automobili con la più recente tecnologia di ricarica, che rappresenta già, concretamente, un risultato notevole, che ne permette un godimento stradale molto vicino a quello delle auto che utilizzano i carburanti fossili convenzionali, come la benzina ed il gasolio, ovvero con tempi di rifornimento, tutto sommato, molto simili a quelli del gas naturale metano.
In Italia abbiamo già installate varie colonnine di ricarica di ultimissima generazione, ad esempio, in Emilia Romagna sono già presenti a Modena, Carpi, Piacenza e Forlì. I numeri totali dicono che in Italia ci sono già circa 1.000 punti di ricarica rapidi, pubblici, che possono già ricaricare con tecnologia a corrente continua, DC a partire da 50 kW di potenza, 400V. In soli 2 anni, in Italia le stazioni di ricarica sono più che raddoppiate ed il numero di punti con tecnologia ultrarapida sta crescendo notevolmente.
La chimica delle celle dei pacchi batteria
Internamente la cella agli ioni di litio, che compone i pacchi batteria attuali, più comuni, è immersa in un composto chimico liquido o in gel che serve da elettrolita, oggi si tratta di sale di litio disciolto in una miscela di solventi organici che è il mezzo attraverso il quale gli ioni di litio si muovono perché capace di condurre corrente elettrica. Il componente più prezioso delle batterie attuali è il cobalto, utilizzato per gli elettrodi ed una delle maggiori sfide dei costruttori è quella di ridurne l’uso, fino ad eliminarlo, già nei prossimi anni. Tesla ha già più volte annunciato che entro due anni potrebbe già produrre le sue automobili con batterie composte da celle senza cobalto od a basso tenore di cobalto, per ridurre i costi ma anche per limitare la dipendenza da fonti minerarie rare.
Una sfida in corso per ridurre costi e uso di materie rare
Non è del tutto chiaro quale sarà la prossima chimica delle celle, se a bassa composizione di cobalto o senza cobalto, ma ci si aspetta che, nei prossimi anni, grazie alla ricerca tecnologica il costo delle batterie si possa decisamente abbassare anche grazie all’uso di materie prime facilmente reperibili come, ad esempio, il sale marino, cloruro di sodio.
Come son fatte le batterie delle auto elettriche?
I pacchi batteria sono composti da tante celle. Le celle delle batterie hanno un aspetto ed una dimensione molto simile a quella delle comuni pile “stilo”, domestiche, utilizzate in molte comuni applicazioni.
Il riuso delle celle ricaricabili a ioni di litio
Quando vengono smontate dalle auto elettriche, le singole celle delle batterie, grazie alla loro compattezza e flessibilità applicativa, possono essere riutilizzate facilmente in applicazioni meno gravose, come, ad esempio, per l’accumulo di energia elettrica domestica, abbinato ai pannelli fotovoltaici o più banalmente anche in elettrodomestici, come torce, luci di sicurezza, monopattini ed e-bikes e comunque, in qualsiasi applicazione dove è necessaria una batteria ricaricabile, anche di piccole dimensioni.
Innovazione continua
Per quanto riguarda le future innovazioni, le batterie allo stato solido sono considerate come la prossima soluzione per le auto elettriche, poiché hanno una densità energetica superiore (sono cioè più leggere a parità di kWh accumulati) rispetto alle celle attuali che utilizzano un elettrolita in gel. Le batterie allo stato solido garantiranno più stabilità alle differenti temperature; quindi, più sicurezza in caso di surriscaldamento e garantiranno autonomie di guida superiori a parità di peso.
L’applicazione delle batterie sui veicoli elettrici
I pacchi batteria attuali necessitano, per garantirne la durata e l’efficienza di un’ambiente con temperatura controllata. I costruttori di veicoli necessiteranno quindi, sempre più, di laboratori in grado di testare e validare tecnicamente le batterie ed i componenti al loro servizio, simulandone le criticità ed accelerando quindi il tempo di messa in produzione, garantendone la qualità e la sicurezza, utili all’innovazione della mobilità sostenibile. La Motor Valley ha oggi l’opportunità di diventare un’area di eccellenza di sviluppo e produzione di nuove soluzioni anche per i veicoli elettrici e Reinova è in prima linea per favorire la transizione all’elettrico.