Addio ansia da autonomia: 1000 km con la batteria a “fogli” per auto elettriche

Le automobili elettriche “pure” hanno molti vantaggi: emissioni locali pari a zero (anche se le loro ruote e i loro freni, come quelle di tutti i veicoli, producono e sollevano polveri sottili), rendimenti molto alti, recupero dell'energia e minore complessità costruttiva. Questi vantaggi sono quasi compensati, però, dalla “negatività” delle batterie, che pesano, costano e, se hanno una capacità sufficiente a dare una buona autonomia, sono molto ingombranti. Gli studi per cambiare questo stato di cose si susseguono e qualcosa di promettente è già emerso (leggi delle batterie 3 volte più potenti sperimentate negli USA). In questi giorni è arrivata dalla Germania un'interessante rivisitazione degli accumulatori, costituiti da elettrodi ad alta capacità piatti e larghi, impilati come fogli di carta in una risma.

ALLA RICERCA DELLO SPAZIO PERDUTO Si fa fatica a crederlo ma le mastodontiche batterie di una Tesla P100 (100 kWh di capacità) sono ottenute assemblando circa 8 mila celle di piccole dimensioni, comparabili a quelle di una pila stilo (AA). Il “pack” risultante è lungo poco meno del passo della vettura (che è di 2,95 metri), largo 1,5 metri e spesso 10 cm; grazie al posizionamento molto in basso, il suo peso elefantino (leggi degli studi Toyota per le batterie “leggere”) non danneggia comunque l'handling della vettura, riconosciuto di alto livello.

 Assemblare, meccanicamente ed elettricamente, migliaia di pile è un'operazione che, oltre a richiedere molto tempo e denaro, fa “perdere” spazio prezioso: ogni elemento ha infatti il suo contenitore, con pareti che rubano spazio, e anche il cablaggio non è a ingombro e peso zero. Il prototipo Embatt vuole ridimensionare drasticamente queste perdite e per farlo rivoluziona la struttura stessa del battery pack.

MENO PERDITE, PIÙ KM Questa stravolgimento viene portato avanti dal team di Mareike Wolter, Project Manager della divisione Mobile Energy Storage Systems della FraunhoferGesellschaft di Dresda. Il progetto è iniziato circa 3 anni fa quando i ricercatori del Fraunhofer hanno iniziato dei brainstorming insieme a colleghi di ThyssenKrupp System Engineering e di AV Automotive Engineering. Lo scopo era quello di capire come migliorare la “densità energetica”, ossia l'energia immagazzinata per unità di volume, delle batterie al Litio per le automobili. Il loro pensiero si è rivolto alla conosciuta Tesla Model S. “Abbiamo pensato che se riuscissimo a migliorare la densità energetica delle batterie, nello spazio dell'attuale pack della Model S ci sarebbe tanta energia da garantire un'autonomia di 1.000 km”, ha dichiarato Mareike Wolter a Live Science. La conclusione degli studi è stata che quasi il 50% dello spazio di ogni elemento è occupato dall'involucro, dall'anodo (il polo negativo), dal catodo (il terminale positivo) e dall'elettrolita, il fluido che trasporta le particelle cariche.

DIMAGRIMENTO BENEFICO Anche il cablaggio che raccoglie la tensione degli elementi per portarla all'impianto elettrico del veicolo occupa spazio ed è sede di perdite. Wolter è netta: “C'è molto spazio sprecato ed il sistema ha parecchi componenti passivi: questo, dal nostro punto di vista, è un problema”.

Si è così eliminato il contenitore della singola cella, implementando un disegno a “fogli” invece che cilindrico. La sottile lamina metallica che costituisce gli elementi è rivestita con un materiale che immagazzina l'energia a base di polvere ceramica legata con un polimero (si tratta quindi di batterie allo stato solido come quelle che sta studiando BMW). Il lato del catodo è a base di LiFePO4 mentre l'anodo è di LiTi5O12 ma, in futuro, un catodo di Litio, Nichel, Manganese e Ossigeno permetterà di aumentare il voltaggio dell'elemento e quindi la densità energetica. Si tratta in ogni caso di materiali rispettosi dell'ambiente e tecniche produttive non troppo complicate. La “risma” ha l'area di circa 1 m2 e una tensione, data dalla somma di quella dei singoli elementi, abbastanza alta da potersi collegare direttamente all'impianto elettrico dell'auto.

La superficie di contatto è grande quanto l'elettrodo, cosa che minimizza le perdite, e il foglio metallico non soltanto è il catodo di un elemento e l'anodo di quello contiguo ma fa da collettore di trasporto per l'elettricità: spariscono quindi i contenitori singoli e il complicato cablaggio che raccoglie l'energia delle singole pile cilindriche. L'idea è quindi concettualmente elegante e offre vantaggi pratici non indifferenti; se aggiungiamo il fatto che i primi prototipi hanno raggiunto le prestazioni previste e che le prime prove su strada potranno iniziare nel 2020, l'interesse per questa soluzione non può che essere alto. Rimane la questione dei tempi di ricarica di batterie a capacità così alta, molto lunga in assenza di caricatori ad alta potenza: da questo punto di vista molto promettenti appaiono le batterie a ricarica “liquida” come quelle sotto test in USA.