Pubblicato il 01/04/20

COME RICARICARE? Uno dei motivi che porta molti automobilisti a diffidare dell’auto elettrica riguarda i tempi di ricarica. Le moderne auto a zero emissioni sono equipaggiate con pacchi batterie costituiti da celle a ioni di litio, che rispetto ai vecchi accumulatori piombo-acido hanno un'alta densità di energia e uno scarso effetto memoria. Le più recenti EV dispongono generalmente di un doppio sistema di ricarica: il primo sfrutta un flusso di energia in corrente alternata a medio/bassa potenza, che ricarica gli accumulatori in tempi piuttosto lunghi. Il secondo metodo (Combo CCS 2 o CHAdeMO, utilizzato per esempio su Nissan Leaf) utilizza invece la corrente continua e con potenze alla colonnina pubblica nell’ordine di svariate decine di kW, che permette di ripristinare la carica con tempi d’attesa molto più ragionevoli.

LA RICERCA CORRE Sebbene i fast charger a corrente continua siano davvero un buon compromesso, per i possessori di un'auto elettrica l’ansia da ricarica fatica comunque a scomparire. Fortunatamente la ricerca scientifica si muove davvero a ritmi serrati, cercando di sviluppare quanto prima soluzioni tecnologiche in grado di rendere l’auto elettrica alla portata di tutti. Sul finire dello scorso anno, rappresentanti della Formula E hanno svelato le caratteristiche tecniche delle monoposto a batterie che correranno nel 2022. Stando a quanto dichiarato, quest’ultime disporranno di sistemi di ricarica talmente veloci da poter ripristinare gli accumulatori di una Tesla Model S (100 kWh) in circa 10 minuti. Se questo è davvero ciò che ci aspetta, in un futuro non troppo lontano i tempi di attesa per un “pieno” di elettroni equivarrebbero a quelli di un’auto con motore a scoppio. Questi sistemi ultra-fast sono già realtà per aziende come Porsche e Tesla, ma al momento la ricarica da colonnine con potenze nell'ordine di 250 kW resta, a oggi, un lusso per una ristrettissima élite.

Auto con batterie a ioni di litio

I PROBLEMI DEL LITIO Nonostante le batterie al litio rappresentino di gran lunga la miglior soluzioni per la mobilità elettrica, l’utilizzo di questo metallo alcalino nei moderni accumulatori presenta inevitabilmente dei costi e dei benefici. Durante la ricarica gli ioni di litio, contenuti all’interno di una cella, fluiscono dal catodo verso l’anodo. Ques'ultimo si comporta come una spugna assorbente, ed è ricoperto di grafite. Più l’anodo è spesso, più ioni di litio sarà in grado di accumulare e di conseguenza maggiore sarà l’energia elettrica inviata al motore. In soldoni: più litio è assorbito dall’anodo in grafite, più chilometri potrà percorrere l’auto. Un anodo molto spesso rende però la ricarica difficoltosa, in quanto fluendo verso quest’ultimo gli ioni incontrano maggiore resistenza. Quando gli ioni di litio non riescono a penetrare l’anodo in profondità sviluppano una sorta d’ingorgo molecolare e si accumulano sulla sua superficie, dando vita a un fenomeno chiamato “plating” del litio. Ciò riduce le prestazioni della batterie e porta alla formazione di incrostazioni (dendriti) che ne riducono la sicurezza, aumentando il rischio di corto circuito.

LE SOLUZIONI Per ovviare a questo effetto, che riduce indirettamente le performance di un’auto elettrica, la chimica Anna Tomaszewska in uno studio condotto dall’Imperial College di Londra ha dimostrato che il “plating” del litio può essere evitato aggiungendo del silicio sull’anodo di grafite. Il silicio è un elemento disponibile in natura ed estremamente economico. A riguardo, Tesla ha sperimentato questa soluzione su alcuni prototipi ottenendo risultati incoraggianti. Ancora meglio ha fatto però una società Californiana: la Enevate, perfezionando una XFC (Extremely Fast Charging Lithium Battery) costituita da un anodo in puro silicio. Gli esperimenti di laboratorio hanno confermato tempi davvero ridotti di ricarica: 5 minuti per ripristinare il 75% della batteria. La XFC potrebbe davvero essere la svolta per la mobilità elettrica. D’altro canto, spesso i proclami della ricerca scientifica non sempre riescono a tramutarsi in soluzioni vincenti sul mercato. Ciò nonostante, la batteria XFC ha già ricevuto il via libera per i primi test su elettroutensili, e dal 2024 partirà la sperimentazione sui primi veicoli.Flusso di ioni di litio da catodo ad anodo

LA SCIENZA IN SUBBUGLIO Oltre alle due soluzioni sopra citate, lo scorso mese la start-up inglese Echion ha dichiarato di aver sviluppato una batteria a ricarica veloce, utilizzando un anodo in ossido di niobio. Un altro approccio potrebbe essere sfruttare modelli computerizzati per lo studio delle traiettorie degli ioni di litio, al fine di manipolare dimensioni e forme delle particelle di grafite che compongono l’anodo, così da renderlo più permeabile e poroso. Tesla sta invece sviluppando algoritmi intelligenti per le sue colonnine fast charge, che individuino l’ingorgo molecolare sugli accumulatori delle auto e regolino di conseguenza il flusso di corrente per scongiurare il “plating” del litio.


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