ENGINEERING – Dalla pila di Volta all’auto del futuro, la rivoluzione (solida) delle batterie

Il mercato dell’auto è in bilico tra normative stringenti e ostacoli tecnologici, ma una svolta potrebbe arrivare dalle batterie allo stato solido. Più autonomia, ricariche lampo e sicurezza migliorata: saranno loro la chiave per la vera rivoluzione elettrica?

Il mercato dell’automobile sta vivendo una fase particolarmente complessa, influenzata da una serie di fattori normativi ed economici che plasmeranno il futuro della mobilità. Le politiche europee che impongono limiti sempre più severi sulle emissioni di CO₂ mirano ad accelerare la transizione verso l’elettrico.

Tuttavia, queste direttive, pur essendo fondamentali per la salvaguardia dell’ambiente, non sempre tengono conto della reale domanda del mercato e delle capacità del settore di adattarsi in tempi brevi, creando così sfide per i produttori e i consumatori.

In Italia, il contesto è altrettanto complesso: la pressione fiscale – che include imposta provinciale, bollo, accise sui carburanti e limitazioni imposte dai Comuni – grava pesantemente sul settore automobilistico, alimentando un disinteresse crescente nei confronti dell’auto.

Inoltre, la transizione verso veicoli a zero emissioni è frenata da tre principali fattori che rappresentano barriere significative per i consumatori: i prezzi elevati, i tempi di ricarica prolungati e le autonomie ridotte. Tutto ciò sta rallentando un’adozione dell’elettrico su larga scala, nonostante l’introduzione di incentivi e l’espansione della rete di ricarica prevista dal Regolamento AFIR sulla realizzazione di un’infrastruttura per i combustibili alternativi.

La corsa delle batterie verso l’innovazione

In questo contesto, le batterie allo stato solido si configurano come una svolta tecnologica, in grado di modificare significativamente il rapporto tra costi, tempi di ricarica e autonomia.

Per questa ragione il mercato delle batterie allo stato solido è in pieno sviluppo: Toyota ha annunciato l’intenzione di adottarle dal 2028, mentre aziende come Stellantis, grazie alla collaborazione con Factorial, potrebbero anticipare questa tempistica, con un lancio previsto per il 2026. Volkswagen, con QuantumScape, e Mercedes, con ProLogium, stanno seguendo strategie simili, con ambiziosi progetti industriali in corso, tra cui la costruzione di una gigafactory in Francia. Altri attori, come BMW e Ford, stanno investendo significativamente in Solid Power, con l’obiettivo di portare sul mercato soluzioni innovative nei prossimi anni.

Da Volta alle batterie moderne

Ma di cosa stiamo parlando esattamente? Facciamo un salto nel passato per capire su quale principio sono basate le batterie, ovvero la pila di Volta: si tratta di due elettrodi di materiali diversi, tipicamente zinco (anodo) e rame (catodo), immersi in una soluzione elettrolitica.

Anodo (zinco): gli atomi di zinco si ossidano, cedendo elettroni e trasformandosi in ioni che si disperdono nella soluzione
Elettroni liberati: dall’anodo viaggiano attraverso un circuito esterno fino al catodo (rame), generando corrente elettrica
Catodo (rame): gli elettroni si ricombinano con gli ioni positivi presenti nella soluzione, completando il processo di riduzione.

Questo flusso di elettroni nel circuito esterno e il movimento degli ioni nell’elettrolita generano la differenza di potenziale necessaria.

Lo stesso principio è ancora alla base delle batterie moderne, che però utilizzano elettroliti liquidi o in gel, composti da sali di litio disciolti in solventi organici, ed elettrodi con geometrie e materiali evoluti per ottenere le odierne prestazioni.

Tuttavia, i solventi organici presentano problemi di sicurezza, poiché sono infiammabili, instabili a temperature elevate e soggetti a degrado chimico nel tempo, influenzando l’affidabilità e la durata della batteria.

Le batterie allo stato solido rappresentano un’evoluzione significativa rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, principalmente per la sostituzione dell’elettrolita liquido con uno solido.

Più energie e sicurezza per l’auto elettrica

Le batterie grazie all’elettrolita solido possono raggiungere densità energetiche fino a 500 Wh/kg e 1.000 Wh/L, significativamente superiori alle batterie agli ioni di litio tradizionali, che si attestano intorno a 150-250 Wh/kg e 300-500 Wh/l. Questo incremento consente ai veicoli elettrici di percorrere distanze maggiori con una singola carica, migliorando l’autonomia e riducendo la necessità di frequenti ricariche.

Inoltre, usare di un elettrolita solido, invece di liquidi o gel, riduce significativamente il rischio di incendi o esplosioni. Questo rappresenta un grande passo avanti nella sicurezza in caso di urti o danni alle celle che, come sappiamo, nei veicoli attuali possono trasformarsi in incendi catastrofici.

Punti di forza dello stato solido

Grazie a una maggiore conducibilità ionica, stabilità alle alte correnti e una migliore gestione termica, queste celle possono supportare correnti di carica più elevate rispetto alle batterie agli ioni di litio tradizionali. accorciando significativamente i tempi di ricarica. QuantumScape parla di celle in grado di ricaricarsi al 100% in circa 15 minuti.

E mentre le batterie agli ioni di litio conservano circa l’80% della loro capacità dopo 1.000 cicli di carica, le celle a stato solido potrebbero – il condizionale è d’obbligo – mantenere fino al 95% della capacità dopo 1.000 cicli. Questo miglioramento della ciclicità si traduce in una maggiore longevità per i veicoli elettrici, riducendo la necessità di sostituzioni delle batterie.

Costi, il principale ostacolo

Attualmente il principale ostacolo alla diffusione delle Solid Power è il loro costo di produzione, significativamente più alto rispetto alle batterie tradizionali. Questo è dovuto sia alla complessità dei materiali utilizzati, sia ai processi di produzione più avanzati e costosi – anche se lasciano ben sperare le stime di Nissan. Il costo potrebbe scendere a 75 dollari per kWh entro il 2028, rendendole competitive con le batterie tradizionali (circa 115 dollari per kWh nel 2024.

Nonostante i progressi, la produzione su larga scala delle batterie allo stato solido presenta ancora problemi da non sottovalutare. La scalabilità delle tecnologie di produzione è una sfida, così come l’integrazione di queste batterie nei veicoli elettrici, che richiedono sistemi di gestione delle batterie specifici e soluzioni di packaging adeguate.

Il futuro passa di qui

Sebbene le batterie allo stato solido rappresentino una delle innovazioni più promettenti per il futuro della mobilità elettrica, restano sfide significative da superare, in particolare in termini di costi di produzione e scalabilità.

Ma se la tecnologia riuscirà a superare le sfide attuali, le batterie allo stato solido potrebbero segnare la svolta epocale necessaria per una transizione ecologica che garantisca una mobilità elettrica sicura, efficiente e accessibile.

* Franco Anzioso, ingegnere elettrico con un dottorato al Politecnico di Torino, è esperto di elettrificazione veicolare e gestione strategica di prodotti HV. Attualmente Chief Engineer nel gruppo IVECO, ha maturato un lunga esperienza guidando progetti innovativi su batterie, infrastrutture e mobilità elettrica