Prototipo di auto elettrica

Come saranno tutte queste batterie? La maggior parte dei veicoli elettrici oggi utilizza batterie agli ioni di litio, ma queste hanno una serie di limitazioni. Fortunatamente, scienziati e ingegneri stanno esplorando una serie di modi per superare queste sfide che potrebbero aiutare a dare una spinta alla conversione delle auto all’elettricità.

Le batterie agli ioni di litio sono state commercializzate per la prima volta da Sony nel 1991 e sono diventate la batteria ricaricabile più diffusa nei veicoli, proprio come nei telefoni cellulari e nei laptop. Sono più efficienti e hanno una durata maggiore, tra 15 e 20 anni, circa tre volte quella di una batteria al piombo tradizionale. Fondamentalmente, le batterie agli ioni di litio immagazzinano più energia e sono anche molto più leggere, il che significa che un veicolo dotato di una batteria di questo genere usa meno energia per muoversi.

Le batterie generano energia spostando particelle cariche chiamate ioni avanti e indietro tra due elettrodi. Quando la batteria è carica, gli ioni di litio passano da un elettrodo composto di ossido di metallo a un elettrodo di grafite. Quando la batteria viene scaricata per alimentare l’auto, gli ioni di litio vanno nella direzione opposta, facendo fluire gli elettroni nel circuito elettrico collegato.

Il futuro delle batterie per veicoli elettrici

Per rendere più economiche le batterie agli ioni di litio, gli scienziati della Pennsylvania State University negli Stati Uniti stanno esaminando le batterie al litio di ferro fosfato, che utilizzano diversi elementi di elettrodi. Questo modello di batteria è molto più economico e sicuro delle batterie all’ossido di cobalto e nichel manganese ampiamente utilizzate e ha il potenziale per alimentare un’auto per 400 Km con una carica di appena dieci minuti.

L’ansia per la gamma che i veicoli elettrici completamente carichi possono coprire sta anche spingendo le case automobilistiche a sviluppare batterie che utilizzano un componente solido che separa gli elettrodi, piuttosto che uno liquido. Questi sono più sicuri e possono alimentare i veicoli elettrici per oltre 480 Km con una singola carica.

Ma le batterie al litio hanno un problema. Il litio è un elemento relativamente raro sulla Terra rispetto alla maggior parte dei minerali di uso comune. Con l’aumento della domanda di batterie, il prezzo del litio aumenterà notevolmente. Ciò ha spinto i geologi a cercare nuove fonti di litio in tutto il mondo, spesso con costi elevati. Ad esempio, l’estrazione di litio dalle saline in Cile consuma molta acqua, che lì scarseggia. Il cobalto è anche scarso rispetto a metalli simili come il ferro e i minerali sono concentrati nella regione politicamente instabile del Congo in Africa.

Una soluzione potrebbe essere quella di sfruttare meglio ciò che già abbiamo. Con oltre un milione di auto elettriche vendute in tutto il mondo nel 2017, un numero in rapido aumento, gli scienziati stanno studiando come riciclare il litio su vasta scala. Alcuni stanno valutando se i batteri potrebbero aiutarli a raggiungere questo obiettivo.

In futuro sarà importante progettare batterie facilmente smontabili, per riutilizzare i metalli che contengono. Il litio è anche un metallo molto reattivo, che presenta sfide per le persone incaricate di maneggiarlo.

Esistono anche potenziali alternative al litio. Ad esempio, le batterie agli ioni di sodio stanno riscuotendo l’interesse dei produttori di veicoli elettrici a causa del loro costo inferiore. Funzionano in modo simile alle batterie agli ioni di litio, ma il sodio è più pesante e immagazzina meno energia.

Un po’ più avanti nel futuro ci sono le batterie multivalenti, in cui lo ione che si muove tra gli elettrodi ha una carica maggiore del litio e quindi fornisce più di un elettrone ciascuno al circuito. Ci sono sfide sostanziali per gli scienziati da superare con queste batterie, ma potrebbero potenzialmente fornire uno stoccaggio di energia ancora maggiore.

Costruire un numero sufficiente di auto elettriche a un prezzo che le renderà più economiche delle alternative a combustibili fossili è una grande sfida. All’avanguardia nella ricerca sulle batterie, gli scienziati stanno lavorando per risolvere questo problema e rivoluzionare il modo in cui viaggiamo.

Autore

Simon Cotton, Senior Lecturer in Chemistry, University of Birmingham and Peter Raymond Slater, Professor of Materials Chemistry, University of Birmingham