Auto elettriche: la ricarica veloce sarà liquida?

La coperta è sempre un po’ corta anche per le auto elettriche: aumentare l’autonomia alza i prezzi e anche i tempi di ricarica. Un paradigma che potrebbe cambiare se le cariche elettriche necessarie al funzionamento non fossero più “iniettate” nelle batterie ma veicolate da un elettrolita sostituibile. Queste cariche sarebbero quindi contenute in un liquido da rimpiazzare quando esausto, un’operazione veloce quanto rifornirsi di carburante. Il componente che contiene la carica di una batteria al Litio è l’elettrolita, una sorta di gel posizionato tra due elettrodi (anodo e catodo). Durante l’utilizzo nell’elettrolita avviene una reazione chimica e la carica passa da un elettrodo all’altro, alimentando il carico. Ad un certo punto l’elettrolita si esaurisce e per ricaricare si fa scorrere una corrente nella direzione opposta attraverso gli elettrodi.

CARICHE LIQUIDE

L’idea delle flow battery è l’uso di un elettrolita liquido, conservato in un serbatoio e fatto scorrere lungo gli elettrodi durante il funzionamento. I vantaggi sono importanti, a partire dall’energia immagazzinabile: per incrementarla basta aumentare la capacità del serbatoio dell’elettrolita. Interessante è la velocità del “rifornimento”: uno swap di serbatoi (pieno, di energia, contro vuoto) o svuotamento e riempimento di un contenitore fisso. Non finisce però qui: questi elettroliti liquidi sono quasi sempre non nocivi, riciclabili facilmente e non infiammabili perché a base acquosa. Un’altra caratteristica di spicco è la longevità: a differenza con l’elettrolita “stazionario” delle attuali batterie Li-Ion, quello liquido non si degrada apprezzabilmente. L’elettrolita degli elementi convenzionali, infatti, invecchiando sviluppa dei composti inerti che rendono più difficile il movimento delle cariche, diminuendo la capacità del pack.

GLI STUDI PROCEDONO

Parliamo subito di una realtà concreta che parla italiano: si tratta di StorEn Tecnologies, della quale Carlo Brovero e Angelo D’Anzi sono CEO e CTO. I prodotti StoreEn, basati su elettroliti al Vanadio, sono dedicati alle applicazioni fisse, come i condomini e l’immagazzinamento dell’energia da rinnovabili. Citiamo l’azienda, oltre che per il cuore tricolore, perché è già in produzione con dati esemplari: vita utile di 25 anni e 15.000 cicli garantiti. Più adatti alle automobili sono invece gli elementi allo studio nel dipartimento di chimica della University of Glasgow. Il loro elettrolita acquoso è basato su una grossa molecola della classe dei polyoxoanion con formula P₂W₁₈O₆₂ che può accogliere 18 cariche positive. Essa è fatta di Fosforo, Tungsteno e Ossigeno ed è molto promettente perché a Glasgow hanno già ottenuto una densità di energia di 225 Wh/litro.

RICARICA LIQUIDA LEGGERA

Per arrivare alla capacità di una Tesla Model 3 (sapevi che si può avere anche con un finanziamento?), circa 70 kWh, ci vorrebbero quindi circa 300 litri di elettrolita. È un volume eccessivo ma si confida di arrivare a quasi 1.000 Wh/litro e a quel punto gli 80 litri necessari sarebbero ben più gestibili. Questo è il solo elettrolita ma, essendo il “serbatoio” molto più leggero rispetto alle batterie Li-Ion, il bilancio è positivo anche aggiungendo gli elettrodi. Il professore Lee Cronin parla dil retrofit di un veicolo elettrico già esistente (si può fare anche per le auto convenzionali) e della facilità della conversione delle stazioni di servizio. L’elettrolita, anche se non infiammabile, è leggermente corrosivo e imporrebbe la sostituzione di serbatoi, tubi e pompe d’erogazione. Questi adattamenti sono comunque poca cosa rispetto alla costruzione di un’infrastruttura di ricarica elettrica completamente nuova e che potrebbe sovraccaricare localmente la rete.

CAMBIO L’OLIO O L’ANODO?

Ancor più promettente è l’idea della Purdue University di Indianapolis: usa un singolo elettrodo consumabile invece di 2 separati da una costosa membrana. Secondo il professor John Cushman la batteria allo studio, per ora non ricaricabile, può arrivare persino a 1.200 Wh/litro e in più produce idrogeno a bassa pressione. Il sistema è compatto (lo si sta sperimentando su scooter e golf cart), e si ipotizzano autonomie superiori ai 4.800 km per ogni anodo. In pratica si farebbe il pieno di elettrolita ogni 500 km circa sostituendo l’anodo ogni 5.000 km per 65 dollari. L’elettrolita dovrebbe essere economico – acqua e metanolo o etanolo – e anche l’impossibilità di rigenerare l’energia in frenata potrebbe essere superata con supercondensatori. Anche in questo caso si potrebbero usare le infrastrutture esistenti, che potrebbero raccogliere e inviare l’elettrolita a impianti di rigenerazione alimentati a rinnovabili.

VECCHIE CONOSCENZE

La Purdue University ha creato una spinoff, dal nome di IFBattery, che porta avanti gli studi e l’ingegnerizzazione di questi elementi. Anodo ed elettrolita sono così sicuri da poter essere conservati in casa ma questa batteria ha ancora una potenza un po’ bassa. L’erogazione “dolce” accomuna anche un prototipo in circolazione da un po’: il Quantino di NanoFlowCell a 48 volt mosso da un sistema che l’azienda chiama bi-Ion perché usa 2 elettroliti. Dall’edizione 2016 del Salone di Ginevra ad oggi il concept ha percorso più di 350 mila km. Il sistema NanoFlowCell è del tipo a membrana e usa 2 liquidi distinti, innocui per l’ambiente; la tensione di lavoro mediobassa limita però la potenza ottenibile. Il risvolto positivo è che costruzione, certificazione e manutenzione sono molto più agevoli (leggi che l’aftermarket deve sapere come trattare l’alta tensione). La vetturetta ha già girato per 10 mila ore ma l’azienda precisa che garantirà le sue batterie per 50 mila ore.