Silicio nelle batterie del futuro

Il conto alla rovescia verso le batterie a stato solido è già iniziato. Le auto elettriche costeranno meno di quelle a benzina?

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L’evento Automotive seguito da Greenstart ha portato alla ribalta una serie di tempi sulle batterie del futuro e sull’uso del silicio come nuovo materiale. L’impatto sulla filiera si annuncia straordinario: ecco alcuni dei principali elementi emersi.

Le batterie commerciali oggi disponibili sono quelle ideate nei laboratori 20 anni fa, per cui è lecito attendersi sviluppi a brevissimo termine. Nel 2019 attendiamo le batterie da 60 kWh e i caricatori da 350 kW, sperando poi di caricare per 500 km in soli 15 minuti.

Quanto pesano motori e batterie

In Europa la filiera del motore a combustione pesa per il 30% sul prezzo totale del veicolo, mentre nell’elettrico si scende al 10%. Può essere interessante calcolare l’incidenza del costo della batteria nei motori classici, ibridi e elettrici.

Nel 2018 il costo di una batteria EV è circa 170 euro per kWh. Su veicoli di costo intorno ai 35 mila euro si installano oggi batterie da 40 kWh, per un costo minimo di 6.400 euro,  quindi il 18% del costo totale. Ci si attende una ulteriore discesa del prezzo a circa 60 €/kWh entro il 2030 (con il cambio d’oggi tra euro e dollaro).

Nelle ibride si può considerare un 5% del valore dell’auto. Una batteria di ricarica da 9/10 kWh costerebbe circa 1.600 euro su 32 mila euro di prezzo dell’auto.

Per confronto, la batteria al piombo delle auto endotermiche ha un prezzo tra 50 e 300 euro, con un valore medio intorno ai 100 euro per veicoli da circa 15 mila euro di costo del nuovo, quindi viene meno dell’1% del costo del veicolo.

Per varie considerazioni prima logistiche, poi economiche, l’elettrico a batteria non sarebbe ideale per trasporto pubblico e merci. In questi settori, già nel 2019 GM ed Honda partiranno con le celle a combustibile.

Manz verso Next Generation

Manz, multinazionale tedesca attiva in diversi campi, compresa l’elettro mobilità, sviluppa batterie per ogni tipo di necessità. Proprio da una presentazione al convegno possiamo trarre qualche informazione sugli sviluppi delle batterie.

Christian Zender, technical project leadership for battery assembly mass-production lines presso Manz (in piedi).

Iniziamo da considerazioni geometriche. Le batterie possono essere suddivise in vari formati: a simmetria cilindrica, prismatica o superficiale (pouch), impilate tramite avvolgimento o a moduli sovrapposti.

Tempo fa erano state ipotizzate batterie a prisma triangolare: Greenstart si ripropone di andare a verificare che ne è stato della curiosa configurazione.

Le Generazioni 1 e 2 comprendono le batterie in circolazione. Per l’immediato futuro, denominato Generazione 3, si prevede l’introduzione del silicio nell’anodo in quantità sempre maggiore, per poi usare questo materiale come base anche per dielettrico e catodo.

Greenstart ha recentemente seguito il futuro delle batterie del Giappone e i tentativi europei. Facciamo qui un breve riepilogo delle principali differenze

Generazione 1 – attuale
Catodo: LFP, NCA
Anodo: 100% carbone

Generazione 2 – attuale
Catodo: NCM111 o 523, poi NCM622 (piccolo errore nella slide, da correggere)
Anodo: 100% carbone, poi a base carbone

Generazione 3: 2020-2025
Catodo: NCM 622 – 811, poi HE-NCM e quindi HVS (high voltage spinel)
Anodo: grafite + silicio: prima 90/10, poi chissà

Generazione 4: 2025+
Catodo e dielettrico: stato solido
Anodo: litio

Generazione 5: anni da stabilire
Litio – Aria, ovvero Li/O2

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