Nel mondo della mobilità sostenibile, l’auto elettrica ha già segnato una svolta epocale. Ma la vera rivoluzione potrebbe ancora essere all’orizzonte. Le batterie allo stato solido, spesso descritte come il “Santo Graal” dell’accumulo energetico, promettono di superare i limiti delle attuali batterie agli ioni di litio in termini di autonomia, sicurezza, durata e tempi di ricarica. Dietro questo progresso, c’è una corsa tecnologica che coinvolge colossi dell’automotive, startup innovative e centri di ricerca di tutto il mondo.

Ma quanto siamo davvero vicini a questa trasformazione? E quali sono le sfide che restano da affrontare prima che queste batterie possano arrivare su larga scala sulle nostre strade? In questo approfondimento esploreremo le potenzialità, i limiti e le prospettive di una tecnologia che potrebbe cambiare per sempre il futuro della mobilità elettrica.

Cosa sono le batterie allo stato solido

Le batterie allo stato solido si distinguono da quelle attuali agli ioni di litio per la sostituzione dell’elettrolita liquido con un materiale solido. Questa differenza strutturale è il cuore della tecnologia. Nelle batterie tradizionali, l’elettrolita, che facilita il movimento degli ioni di litio tra l’anodo e il catodo, è un fluido infiammabile. In quelle allo stato solido, questo ruolo è ricoperto da un materiale solido, che può essere una ceramica, un vetro o un polimero.

Questa innovazione fondamentale elimina la necessità di utilizzare un separatore poroso imbevuto di un liquido, un componente critico che nelle batterie convenzionali è vulnerabile a perforazioni che possono causare cortocircuiti e fenomeni di fuga termica. La rigidità intrinseca dell’elettrolita solido funge da barriera fisica, inibendo la formazione di dendriti, ovvero formazioni cristalline di litio che possono compromettere la sicurezza e la longevità della batteria.

I vantaggi rispetto alle batterie agli ioni di litio

Rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio, quelle allo stato solido offrono diversi vantaggi che le rendono una tecnologia estremamente promettente per i veicoli elettrici:

  • maggiore sicurezza: l’eliminazione dell’elettrolita liquido e infiammabile riduce drasticamente il rischio di incendi o di fenomeni di fuga termica in caso di surriscaldamento o danni fisici. L’elettrolita solido funge anche da barriera, ostacolando la formazione di dendriti di litio che possono causare cortocircuiti;
  • maggiore densità energetica: la possibilità di utilizzare anodi in litio metallico, che hanno una capacità di immagazzinamento energetico superiore rispetto alla grafite, permette di immagazzinare più energia in un volume e peso minori. Questo si traduce in un’autonomia più elevata;
  • ricarica più veloce: la chimica più stabile e l’elevata conducibilità ionica dell’elettrolita solido possono consentire ricariche ultraveloci, riducendo drasticamente i tempi di attesa;
  • durata superiore: queste batterie mostrano una maggiore resistenza al degrado. Questo si traduce in un numero superiore di cicli di carica e scarica, prolungando la vita utile della stessa.

Le difficoltà da superare

Nonostante i grandi vantaggi teorici, la commercializzazione su larga scala delle batterie allo stato solido è frenata da diverse sfide tecnologiche che devono ancora essere superate:

  • costi di produzione elevati: i processi di fabbricazione delle batterie allo stato solido sono, al momento, complessi e costosi. La produzione su larga scala di materiali specifici, come gli elettroliti solidi di elevata purezza e gli anodi in litio metallico, richiede un’industrializzazione che non è ancora matura e che comporta costi significativamente superiori rispetto a quelli delle attuali batterie agli ioni di litio;
  • interfaccia tra materiali: un aspetto critico è la gestione dell’interfaccia tra l’elettrolita solido e gli elettrodi. Per un funzionamento efficiente, è essenziale che ci sia un contatto perfetto e stabile tra questi componenti. Eventuali microfessure o disomogeneità possono ostacolare il flusso di ioni e ridurre drasticamente le prestazioni, un problema che è più semplice da risolvere con gli elettroliti liquidi;
  • performance a basse temperature: molti degli elettroliti solidi attualmente in fase di studio e sviluppo mostrano una minore conducibilità ionica a temperature rigide. Questo si traduce in una riduzione delle prestazioni e della velocità di ricarica in climi freddi, una limitazione che deve essere risolta per garantire l’affidabilità in ogni condizione ambientale;
  • durabilità e degradazione: sebbene in teoria la durata sia superiore, la ricerca sta ancora affrontando il problema del degrado dei materiali nel tempo. Le ripetute espansioni e contrazioni del litio durante i cicli di carica e scarica possono creare stress meccanici all’interno della cella, compromettendo l’integrità dell’elettrolita solido e riducendo la vita utile della batteria;
  • scalabilità della produzione: il passaggio dalla produzione di prototipi in laboratorio a volumi industriali di gigawattora richiede ingenti investimenti e lo sviluppo di nuove linee produttive. Molti processi di fabbricazione attuali delle batterie agli ioni di litio non sono direttamente trasferibili, e la transizione necessita di un’innovazione profonda a livello di ingegneria dei processi.

Queste sfide sono al centro della ricerca di numerose aziende e case automobilistiche a livello globale, che stanno collaborando con l’obiettivo di rendere la tecnologia delle batterie allo stato solido commercialmente fattibile e competitiva nel prossimo decennio.