Da anni vengono annunciate come la svolta decisiva per auto elettriche, smartphone e dispositivi del futuro: le batterie allo stato solido (Qui l'approfondimento) promettono maggiore sicurezza, ricariche più rapide e autonomie molto superiori rispetto agli accumulatori al litio tradizionali. Ma tra prototipi avanzati, costi elevati e problemi di durata ancora irrisolti, la rivoluzione non è ancora arrivata. Ecco cosa cambia davvero rispetto alle batterie di oggi e perché il settore continua a puntare su questa tecnologia. Ne abbiamo parlato con Fabio Orecchini Professore ordinario di Sistemi energetici presso l’università Guglielmo Marconi e direttore dell’Osservatorio Auto e Mobilità della Luiss Business School.

– In che cosa si differenzia una batteria allo stato solido rispetto a quelle utilizzate oggi?

"Una batteria allo stato solido non è molto diversa, dal punto di vista del principio di funzionamento, dalle attuali batterie al litio diffuse negli smartphone, nei computer, fino ai veicoli elettrici. Diversamente rispetto alle batterie che già utilizziamo, però, ha uno dei componenti chiave della struttura interna, l’elettrolita, in forma solida e non liquida come avviene attualmente".

– Perché l’elettrolita solido è così importante?

"Perché permette una maggiore stabilità complessiva e può eliminare in gran parte uno dei rischi attuali delle batterie al litio, quello dell’accelerazione termica del sistema in determinate condizioni, perlopiù dovute a perforazioni o schiacciamenti meccanici, oltre che a eventuali difetti di fabbrica zione, che porta al pericolo di incendio rapido e difficilmente controllabile. L’elettrolita solido può quindi rendere la batteria al litio eccezionalmente si cura in tutte le condizioni, facendole anche raggiungere prestazioni molto superiori a quelle attuali, soprattutto nei cicli di ricarica a potenza elevata".

– Alcuni costruttori parlano di stato semi-solido, di che cosa si tratta?

"Attualmente, la durata delle batterie allo stato solido è limitata a pochissimi cicli, poi le prestazioni decadono e la pericolosità aumenta, diventando inaccettabile principio di funzionamento, dalle attuali batterie al litio diffuse negli smartphone, nei computer, fino ai veicoli elettrici. Diversamente rispetto alle batterie che già utilizziamo, però, ha uno dei componenti chiave della struttura interna, l’elettrolita, in forma solida e non liquida come avviene attualmente".

– Perché l’elettrolita solido è così importante?

"Perché permette una maggiore stabilità complessiva e può eliminare in gran parte uno dei rischi attuali delle batterie al litio, quello dell’accelerazione termica del sistema in determinate condizioni, perlopiù dovute a perforazioni o schiacciamenti meccanici, oltre che a eventuali difetti di fabbricazione, che porta al pericolo di incendio rapido e difficilmente controllabile. L’elettrolita solido può quindi rendere la batteria al litio eccezionalmente si. Lo stato semi-solido, indicato recentemente da un costruttore automobili stico per batterie di trazione già intro dotte sul mercato in Cina, mantiene la presenza di un elettrolita liquido, ma in quantità inferiore rispetto al livello attuale. E inizia a conferire al comportamento elettrochimico delle celle alcune caratteristiche di maggiore facilità di trasferimento degli ioni di litio tipiche dello stato solido. Si tratta di similitudini interessanti, ma lo stato semi-solido (così com’è stato definito attualmente) non è un gradino di congiunzione tra batterie attuali con elettrolita liquido e future batterie completamente solide. Gli elementi chimici utilizzati, le cinetiche interne e quindi le reazioni chimico-fisiche che avvengono nelle celle sono infatti diverse caso per caso. Le batterie allo stato semi-solido introdotte sul mercato, in base ai dati forniti, migliorano decisamente il comportamento degli accumulatori soprattutto alle basse temperature".

– Ci sono degli altri settori in cui le batterie allo stato solido vengono già utilizzate?

"No, non ci sono ancora applicazioni commerciali. Le batterie allo stato so lido esistono in molti laboratori e sono applicate in diversi settori, compreso quello importantissimo della tecnologia medica, ma ancora in fase prototipale o di utilizzo dimostrativo. Inoltre, va ben compreso che, anche nel settore delle batterie allo stato solido, ci sono diversi gradini di miglioramento potenzialmente realizzabili, fino ad arrivare all’utilizzo del litio metallico. Le batterie attualmente più vicine alla commercializzazione, in base ai dati disponibili, non sono ancora quelle con le prestazioni di punta che si possono vedere in prove di laboratorio"

– Come mai si sente parlare da tanti anni delle batterie allo stato solido, ma il loro arrivo sul mercato viene costantemente rimandato?

"Il principale problema riguarda la durata. Si sa come realizzare una batteria allo stato solido, anche con litio me tallico e prestazioni elevatissime, da molto tempo. Praticamente dall’inizio dello sviluppo delle batterie al litio, vi sto che questa è la configurazione più immediata, passando dalla teoria alla pratica. Però la durata della batterie è limitata a pochissimi cicli, poi le prestazione decadono e anche la pericolosità diventa inaccettabile. Inoltre, anche per le soluzioni oggi più vicine al mercato, c’è il problema del costo e dell’industrializzazione del processo di assemblaggio. Entrambi devono es sere bilanciati con la durata in termini di cicli carica-scarica per ottenere una reale competitività di mercato".

– Quali sono i pregi e i difetti principali della batterie allo stato solido?

«Potenzialmente, la capacità di accumulo, quindi l’energia che può essere accumulata in una batteria per chilo grammo di massa, arriva a otto, dieci volte i valori attuali. Però le soluzioni in fase di sviluppo più avanzato non ottengono ancora questi valori ma promettono un miglioramento del 50 100%. Questo perché ogni soluzione deve fare i conti con il problema che ho già indicato, cioè quello del decadimento delle prestazioni dopo pochi cicli e della conseguente potenziale instabilità. Il difetto che ci possiamo aspettare, se arriveranno sul mercato le soluzioni attualmente conosciute, riguarda soprattutto il costo».

– Il loro impatto sul mercato della mobilità elettrica potrebbe davvero cambiare le regole del gioco?

"Se si riuscirà a portare sul mercato le migliori soluzioni oggi disponibili in laboratorio, sicuramente sì. Però questa situazione sembra ancora ab bastanza lontana in termini di tempo. Più a breve, se i costruttori decideranno di portare sul mercato le soluzioni attualmente in fase di collaudo su strada, il miglioramento potrà essere importante, ma non stravolgerà lo scenario. Si potrà caricare a potenze elevate con maggiore affidabilità dei tempi di ricarica e ci saranno densità energetiche maggiori. Ma rimarrà la necessità di infrastrutture di ricarica ad alta potenza ben diffuse, i tempi di ricarica rimarranno simili a quel li che oggi vengono indicati (ma non sempre rispettati), l’ingombro a bordo e la massa delle batterie non scenderà significativamente".

– Le aziende cinesi sono quelle più avanti nel loro sviluppo o c’è qualcuno anche altrove?

"La corsa è completamente aperta, soprattutto perché le soluzioni più vicine all’arrivo sul mercato non sono quelle finali ma rappresentano soltanto un passaggio di avvicinamento. Oggi in prima linea ci sono cinesi e americani, ma anche molti laboratori europei, giapponesi, coreani stanno lavorando con competenze di altissimo livello. Il primo che arriva, quindi, potrebbe non essere chi vince realmente la partita. Non basta dire 'stato solido', infatti. Quello che conta sono le prestazioni in termini di velocità e stabilità di ricarica, sicurezza, capacità di accumulo, durata e costo. Le vere batterie allo sta to solido, quelle capaci di rivoluzionare il mercato, devono essere vincenti da tutti i punti di vista. E non tutti i problemi sono stati risolti per raggiungere un risultato del genere".