Batterie auto elettriche: come sono fatte e quanto costano?

Batterie al piombo, agli ioni di litio e allo stato solido. Ecco le batterie più diffuse delle auto elettriche, le differenze tecniche e di prezzo

5 novembre 2018 - 15:00

Come vi abbiamo raccontato nel precedente appuntamento di questa rubrica dedicata all'elettrificazione, che potete trovare qui, l'auto elettrica è nata parallelamente a quella più “tradizionale” alimentata da un motore a scoppio, ormai più di cento anni fa. Ma se il percorso evolutivo delle auto a benzina ha visto il susseguirsi continuo di nuove soluzioni tecnologiche che hanno permesso ai motori di evolversi anno dopo anno, quella dell'elettrico e delle batterie è una tecnologia che per quasi cento anni è rimasta per buona parte immutata, scoprendo uno slancio evolutivo soltanto negli ultimi vent'anni.

COME FUNZIONA Ma andiamo con ordine: che cos'è una batteria? Su un'auto elettrica, o ibrida naturalmente, la batteria è quella componente preposta all'accumulo e al successivo rilascio di energia sottoforma di elettricità, che una volta mandata al motore, viene da questo commutata in energia meccanica che quando viene trasmessa alle ruote, permette all'auto di muoversi. Il suo funzionamento si basa sul principio chimico del flusso di elettroni tra un elemento cedente (detto anodo, o polo negativo) e uno ricevente (detto catodo o polo positivo). Di questo processo fa parte un terzo attore, che è la sostanza all'interno della quale questo flusso di elettroni si muove, detta elettrolita. Si tratta di una sostanza che per buona parte della storia delle batterie si trovava allo stato liquido, ma che nel prossimo futuro sarà possibile trovare anche allo stato solido.

BATTERIE AL PIOMBO Le primissime batterie ad essere installate su un'automobile nella seconda metà del 1800, erano al piombo. Per quanto questa abbia rappresentato gli albori della tecnologia delle batterie ricaricabili, è anche quella che è stata maggiormente utilizzata dai vari costruttori automobilistici. Basti pensare che la Fiat Panda Elettra, prodotta in piccola serie tra il 1990 e il 1996, utilizzava ancora batterie al piombo, che richiedevano 10 ore di tempo per una ricarica completa e assicuravano un'autonomia di 100 km. Dello stesso periodo era anche la Cinquecento Elettra, che utilizzava la medesima tecnologia. Oggi le batterie al piombo non sono più utilizzate sulle auto elettriche, ma restano in uso su muletti e traspallet. Il flusso di elettroni al loro interno avveniva tra un anodo di piombo (l'elemento cedente) e un catodo di perossido di piombo (elemento ricevente), immersi in una sostanza contenente acido solforico.

BATTERIE AL NICHEL-METALLO IDRURO Note anche con la sigla NiMH, hanno goduto di un ampio impiego in ambito automobilistico, tanto sulle auto elettriche, quanto sulle ibride. Le prime generazioni di Prius, ad esempio, erano dotate proprio di queste batterie. Per funzionare sfruttano un anodo in lega metallica e un catodo in nichel. Il loro più grande punto di forza era rappresentato dal lungo ciclo di vita, che andava dagli otto ai dieci anni. Tuttavia, il loro rendimento non era dei migliori. Inoltre, erano afflitte da quello che negli anni è stato soprannominato effetto memoria: in caso di ricariche parziali, le batterie abbassavano progressivamente la loro capacità di ricarica, andando di conseguenza a ridurre l'autonomia della vettura sulle quali erano montate. La ricerca di una sempre maggiore efficienza ha portato al loro progressivo abbandono in favore delle batterie agli ioni di litio.

BATTERIE AGLI IONI DI LITIO Evoluzione delle batterie al nichel-metallo idruro, sfruttano il lavoro di un anodo in litio e un catodo in carbonio. Sono tra le batterie che sono state maggiormente utilizzate tra le auto ibride ed elettriche degli ultimi anni. Il motivo sta tutto nella loro elevata densità energetica, che permette anche a batterie compatte e leggere di garantire ottime performance tanto in termini di prestazioni, quanto in termini di autonomia. Inoltre, rispetto alle batterie descritte nel precedente paragrafo, non necessitano di una ricarica completa per funzionare correttamente. Esiste anche qualche lato negativo: le batterie agli ioni di litio garantiscono il massimo della loro efficienza soltanto in un range determinato di temperature, che va da -10° a +30° e il loro ciclo di vita è in media pari a cinque anni. Oltre il quinto anno di vita le batterie non sono più in grado di garantire il 100% della loro efficienza, perdendo progressivamente la loro capacità di assicurare autonomia.

BATTERIE ALLO STATO SOLIDO Si tratta di un'evoluzione di quelle agli ioni di litio. Non a caso, sono note anche come batterie a polimeri di litio. Ciò che le distingue dalle prime, in effetti, è la sostanza all'interno della quale si muove il flusso di elettroni, che non è più liquida, bensì solida. In questo modo è possibile aumentare ulteriormente la densità energetica della batteria e quindi la sua capacità di garantire autonomia, anche a fronte di dimensioni ulteriormente più piccole. Queste batterie, quindi, permettono agli ingegneri di studiare forme particolarmente compatte o sottili, in modo da ridurre al minimo l'ingombro in auto, assicurando il massimo dello spazio a passeggeri e bagagli.

CON LO SGUARDO AL FUTURO Quelle che vi abbiamo presentato sono le batterie che hanno alimentato o alimento ancora oggi le automobili ibride ed elettriche. Allo stato attuale, quelle agli ioni di litio sono quelle maggiormente utilizzate, ma quando si tratta di futuro i costruttori, ad oggi, tendono a dividersi. Da una parte c'è chi, come Tesla, sta percorrendo la strada che porterà presto all'utilizzo di batterie allo stato solido. Già oggi le batterie dei modelli del produttore americano sono più evolute di quelle utilizzate dal resto dell'industria automobilistica. Altri brand, invece, e tra questi anche Volkswagen che ha realizzato l'apposita piattaforma MEB per le auto elettriche che stanno per arrivare sul mercato, continuano a sfruttare le batterie agli ioni di litio, convinti che si tratti di una tecnologia con ancora molti margini i sviluppo, in grado di provvedere alla mobilità elettrica per almeno altri dieci anni.

PER TUTTE LE TASCHE Quando si tratta di auto elettriche, uno degli argomenti principali sul quale ci si trova a dibattere è quello del prezzo. Trattandosi di modelli ancora poco diffusi, il loro costo di acquisto è inevitabilmente più alto rispetto a quello di vetture di pari caratteristiche ma alimentate a benzina o gasolio. A determinare il prezzo di una elettrica è in primo luogo la batteria. A seconda del modello sul quale questa verrà montato e soprattutto in base alla densità energetica che la caratterizza, una batteria può incidere sul prezzo finale di un'auto elettrica da un minimo del 20% per una delle auto alla spina più vendute in questo momento, come la Nissan Leaf, a un massimo del 50% circa per auto come la Smart EQ. A definire il prezzo, quindi, non sono soltanto le caratteristiche tecniche della batteria, ma anche la commerciabilità del modello sul quale viene montata. Relativo, invece, è il posizionamento sul mercato della vettura: il delta di prezzo non è determinato dal fatto che la macchina ospite sia di fascia premium o meno.

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