Al centro dello sviluppo dei veicoli elettrici c'è la batteria come pietra angolare di questo cambiamento ecologico. Storicamente, lo sviluppo della batteria risale al XIX secolo, ma negli ultimi decenni abbiamo assistito a un rapido sviluppo alimentato dall'urgenza del cambiamento climatico e dalla ricerca di una mobilità sostenibile;
In questo contesto, le batterie dei veicoli elettrici non sono solo dispositivi di accumulo dell'energia, ma anche la speranza di un futuro che provochi meno inquinamento e protegga meglio il nostro ambiente
Oggi sono stati sviluppati diversi tipi di batterie, ognuno con le proprie caratteristiche, vantaggi e svantaggi, per cui la scelta della tecnologia giusta è fondamentale per produttori e consumatori;
Questa guida completa vi invita a immergervi nel mondo delle batterie per veicoli elettrici, descrivendo nel dettaglio i tipi e le caratteristiche delle tecnologie attualmente disponibili sul mercato europeo.
Batterie Nichel-Cobalto-Alluminio (NCA) e Nichel-Manganese-Cobalto (NMC)
Le batterie al nichel-cobalto-alluminio (NCA) e al nichel-manganese-cobalto (NMC) sono tra le scelte predominanti per i veicoli elettrici ad alte prestazioni come le Tesla Model S e Model X (con batterie NCA) o le BMW iX3 e Volvo EX30 (con batterie NMC). Conosciute per la loro elevata densità energetica, queste batterie favoriscono una maggiore autonomia e una ricarica rapida, criteri essenziali per gli utenti finali, come lo studio sul profilo degli utenti EV che abbiamo condotto lo scorso anno. L'aumento dell'autonomia e lo sviluppo dell'infrastruttura di ricarica rapida rendono più facili i lunghi viaggi in auto elettriche.
Composizione e funzionamento
Le batterie NCA e NMC sono varianti delle batterie agli ioni di litio. Utilizzano il cobalto nel catodo, un elemento chiave che conferisce a queste batterie una densità energetica superiore e una robusta capacità termica. Il cobalto viene utilizzato anche per stabilizzare la struttura del catodo, prolungando la durata della batteria.
I vantaggi
- Elevata densità di energia: queste batterie consentono una maggiore autonomia con una singola carica, un fattore critico per l'adozione dei veicoli elettrici.
- Prestazioni elevate: le batterie NCA e NMC offrono prestazioni notevoli, anche a temperature elevate, rendendole ideali per i veicoli dal profilo sportivo.
Svantaggi
- Coût : Il cobalto è un materiale costoso e la sua estrazione è spesso inficiata da questioni etiche, in particolare per quanto riguarda il lavoro minorile e le condizioni di lavoro nelle miniere.
- Impatto ambientale: l'estrazione del cobalto pone anche sfide ambientali, in particolare in termini di inquinamento e gestione dei rifiuti.
Batterie al litio ferro fosfato (LFP)
Le batterie al litio-ferro-fosfato (LFP) si distinguono per la loro stabilità chimica e il costo relativamente basso. Non contenendo cobalto nella loro composizione, rappresentano un'alternativa più duratura ed economica alle batterie NCA e NMC.
Composizione e funzionamento
Le batterie LFP utilizzano il fosfato di ferro di litio come catodo. Questa composizione chimica conferisce alla batteria robustezza termica e chimica, riducendo il rischio di surriscaldamento e incendio.
I vantaggi
- Durabilité : Le batterie LFP hanno una durata maggiore e non soffrono dell'effetto memoria, il che le rende ideali per le applicazioni che richiedono frequenti cicli di carica.
- Costo più basso: l'assenza di metalli costosi come il cobalto e il nichel rende più economica la produzione di queste batterie.
- Sicurezza: la stabilità chimica delle batterie LFP riduce il rischio di incendi ed esplosioni.
Svantaggi
- Densità energetica inferiore: rispetto alle batterie NCA e NMC, le batterie LFP offrono una densità energetica inferiore, che si traduce in un'autonomia ridotta.
- Sensibilità al freddo: le prestazioni delle batterie LFP possono essere influenzate da temperature molto basse, limitandone l'efficacia in determinate condizioni climatiche.
Batterie al nichel-metallo idruro (NiMH)
Le batterie al nichel-metallo idruro (NiMH) sono state a lungo un'opzione affidabile per i veicoli elettrici e ibridi, offrendo un buon equilibrio tra costo, prestazioni e rispetto dell'ambiente. Anche se in alcuni settori sono state soppiantate da tecnologie più recenti, rimangono importanti in alcune applicazioni.
Composizione e funzionamento
Le batterie NiMH hanno un anodo di idruro metallico e un catodo di ossidrossido di nichel. Funzionano secondo il principio dello scambio di ioni di idrogeno tra gli elettrodi, che consente di immagazzinare e rilasciare energia in modo efficiente.
I vantaggi
- Impact environnemental : Le batterie NiMH non contengono metalli pesanti tossici e sono quindi più rispettose dell'ambiente rispetto ad altri tipi di batterie.
- Coût : Sebbene non siano le più economiche, le batterie NiMH offrono un costo competitivo, anche grazie all'abbondanza dei materiali utilizzati.
- Durata: le batterie NiMH sono rinomate per la loro lunga durata e la capacità di sopportare un gran numero di cicli di carica e scarica.
Svantaggi
- Densité énergétique : Rispetto alle batterie agli ioni di litio, le batterie NiMH hanno una densità energetica inferiore, che può limitare l'autonomia dei veicoli elettrici.
- Peso e volume: le batterie NiMH sono generalmente più pesanti e ingombranti delle batterie agli ioni di litio, il che può influire sulle prestazioni e sul design del veicolo.
Batterie agli ioni di sodio, una vera alternativa alle batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di sodio stanno emergendo come una promettente alternativa alle tradizionali batterie agli ioni di litio. Il sodio, abbondante e più economico del litio, offre l'opportunità di ridurre i costi mantenendo le prestazioni.
Composizione e funzionamento
Le batterie agli ioni di sodio funzionano secondo lo stesso principio delle batterie agli ioni di litio, ma utilizzano ioni di sodio al posto degli ioni di litio. Questa sostituzione consente di sfruttare l'abbondanza e la disponibilità di sodio, riducendo così i costi di produzione.
I vantaggi
- Riduzione dei costi: il sodio, molto più abbondante del litio, rende le batterie agli ioni di sodio più economiche da produrre.
- Minore impatto ambientale: l'estrazione e la lavorazione del sodio hanno generalmente un impatto ambientale minore rispetto al litio.
- Prestazioni a bassa temperatura: le batterie agli ioni di sodio offrono buone prestazioni anche in condizioni di bassa temperatura.
Svantaggi
- Densité énergétique : Sebbene promettenti, le batterie agli ioni di sodio hanno una densità energetica inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio, che può influire sull'autonomia dei veicoli elettrici.
- Sviluppo in corso: come per le batterie solide, la tecnologia delle batterie agli ioni di sodio è ancora in fase di sviluppo e maturazione. I primi modelli di veicoli elettrici sono appena stati equipaggiati con questa tecnologia.
Batterie solide e semisolide
Le batterie allo stato solido e semi-solido rappresentano un importante progresso nel campo delle batterie per veicoli elettrici. Sostituendo l'elettrolita liquido con un solido, queste batterie promettono una maggiore densità energetica, una maggiore sicurezza e una maggiore durata.
A differenza delle tradizionali batterie agli ioni di litio, che utilizzano un elettrolita liquido, le batterie solide e semisolide utilizzano un materiale solido per consentire il movimento degli ioni. Questo elimina il rischio di perdite e riduce la probabilità di incendio, offrendo una soluzione più sicura.
Tuttavia, secondo BMW, che sta lavorando a questi modelli di batterie, questa tecnologia sarà diffusa solo entro il 2030.
Quando dovrebbero arrivare sul mercato le batterie allo stato solido?
Le batterie allo stato solido dovrebbero essere distribuite entro il 2030, secondo BMW, che sta lavorando su questi modelli di batterie, o prima, come suggeriscono nel video qui sotto?
Tabella riassuntiva
Per chiarire meglio la situazione, ecco una tabella riassuntiva dei diversi tipi di batterie per veicoli elettrici, con le loro caratteristiche principali:
Immagine principale dell'articolo: gruppo propulsore e batteria della Tesla Model S
