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La scoperta dell'elettricità ha cambiato il mondo e ha dato origine a una serie di invenzioni che hanno reso la vita delle persone più sicura, più sana, più efficiente e più confortevole. Le batterie portano questa scoperta a un livello superiore, fornendo un modo per immagazzinare elettricità e utilizzarla per alimentare i dispositivi mobili.

Attualmente, le batterie agli ioni di litio dominano il mercato, ma batterie allo stato solido più sicure e di maggiore capacità potrebbero diventare la fonte di energia del mondo in futuro e potrebbero persino aiutare l’umanità a sfuggire agli effetti del cambiamento climatico.

Celle della batteria a stato solido sviluppate come materiali CeraCharge di nuova generazione. Fonte immagine: sito ufficiale TDK

Inizia con una piccola batteria

Attualmente, in alcuni orologi e impianti medici vengono utilizzate una manciata di piccole batterie allo stato solido.

Il produttore giapponese di elettronica TDK ha annunciato di aver sviluppato con successo una nuova versione della batteria a stato solido CeraCharge. La densità energetica del suo volume unitario raggiunge i 1.000 wattora per litro, ovvero circa 100 volte la densità energetica delle tradizionali batterie allo stato solido di TDK. TDK non ha rivelato molti dettagli sulla tecnologia proprietaria della batteria, ma ha affermato che utilizza un anodo in lega di litio e un elettrolita solido a base di ossido, che la rende "estremamente sicura".

Le capacità di accumulo di energia della nuova versione delle batterie CeraCharge indicano che una maggiore durata della batteria o design più compatti diventeranno presto realtà. Inoltre, si prevede che la batteria costituirà un’alternativa ricaricabile alle batterie a bottone usa e getta ad alta densità di energia.

TDK prevede inizialmente di applicare la batteria a piccoli prodotti elettronici come cuffie wireless, apparecchi acustici e orologi intelligenti, e ha anche espresso il desiderio di entrare in mercati più ampi come quello degli smartphone.

"Con l'aumento dell'area della batteria, diventa sempre più difficile produrre una struttura uniforme e ad alta densità, il che può portare a difetti strutturali come crepe e deformazioni", ha affermato Hiroshi Sato, capo sezione del dipartimento di sviluppo energetico di TDK iniziare con le batterie piccole, iniziare con le batterie, accumulare produzione ed esperienza pratica, quindi esplorare gradualmente il potenziale di commercializzazione delle batterie di grandi dimensioni”.

Avanzare gradualmente verso l’industrializzazione

Attualmente, nonostante i progressi significativi in ​​termini di rapporto costo-efficacia e prestazioni delle batterie agli ioni di litio, i limiti dei tempi di ricarica, l’ansia da autonomia e le preoccupazioni per la sicurezza rimangono gli ostacoli principali che impediscono ai veicoli elettrici di sostituire completamente i veicoli con motore a combustione interna. In questo contesto, le batterie allo stato solido, in quanto potente strumento di innovazione tecnologica dei veicoli elettrici, stanno gradualmente passando dalla fase di ricerca e sviluppo a quella di industrializzazione.

Nel 2023, Toyota ha unito le forze con la società energetica giapponese Idemitsu Kosan e ha annunciato che avrebbe avviato la produzione di batterie a stato solido dal 2027 al 2028.

Anche Mercedes-Benz è ottimista sulle batterie a stato solido. L’azienda ritiene che le batterie per auto allo stato solido possano fornire quasi il doppio dell’autonomia delle batterie agli ioni di litio e prevede di avviare la produzione di massa di tali batterie entro il 2030.

Recentemente, PowerCo, un'azienda produttrice di batterie di proprietà di Volkswagen, ha raggiunto una collaborazione strategica con QuantumScape, uno sviluppatore americano di batterie allo stato solido, per introdurre la tecnologia delle batterie al litio metallico allo stato solido, con l'obiettivo di produrre batterie in grado di soddisfare le esigenze di fino a 1 milione di veicoli elettrici ogni anno.

La tecnologia unica di QuantumScape combina elettroliti solidi e liquidi, evitando efficacemente i problemi dei dendriti e si prevede che aumenterà l'autonomia dei veicoli elettrici dagli attuali oltre 500 chilometri a 800 chilometri, promuovendo ulteriormente la commercializzazione della tecnologia delle batterie a stato solido.

Accumulo di energia nella rete elettrica

Attualmente, le batterie agli ioni di litio sono il nucleo dei sistemi di accumulo dell’energia, ma le batterie allo stato solido sono considerate una soluzione potenzialmente migliore grazie alla loro eccellente sicurezza, al ciclo di vita più lungo e alla maggiore densità di energia. Tuttavia, l’applicazione su larga scala delle batterie allo stato solido deve ancora superare gli elevati costi di produzione e i processi complessi delle batterie di grandi dimensioni.

Dragonfly Energy è una delle aziende che cercano di risolvere questo problema. Nel 2023, l’azienda ha ottenuto un brevetto sulla tecnologia di produzione che dovrebbe rimuovere gli ostacoli tecnici alla produzione di batterie a stato solido nel campo dello stoccaggio dell’energia in rete. Allo stesso tempo, il produttore statunitense di batterie ION Storage Systems ha lanciato un nuovo stabilimento nell’aprile di quest’anno, concentrandosi sulla produzione di batterie allo stato solido che utilizzano elettroliti ceramici e anodi metallici al litio per soddisfare le esigenze di stoccaggio in rete, veicoli elettrici e altri campi. L’obiettivo è espandere la capacità produttiva a 0,5 GWh entro il 2028.

Forme materiali diversificate

Anche se potrebbero volerci ancora diversi anni prima che i veicoli elettrici con batterie allo stato solido siano disponibili in commercio su larga scala, e potrebbe anche essere necessario più tempo per contribuire a costruire reti elettriche pulite, il progresso costante di questa tecnologia dalla torre d’avorio della ricerca all’industrializzazione è incoraggiante.

Nel gennaio di quest'anno, i ricercatori dell'Università di Harvard negli Stati Uniti hanno lanciato una batteria allo stato solido contenente silicio nell'anodo, che può essere caricata in 10 minuti. Alla fine di luglio, i ricercatori danesi hanno riferito di aver sviluppato una batteria allo stato solido priva di litio, realizzata con minerali presenti nelle rocce. Il materiale elettrolitico allo stato solido è economico, efficiente, rispettoso dell’ambiente e offre prestazioni migliori rispetto a quello solido a base di litio elettroliti.

Finché l’ondata di innovazione continuerà a crescere, il mondo futuro vedrà la tecnologia delle batterie a stato solido in forme materiali diversificate, che conferiranno ai veicoli elettrici una “vitalità” più duratura e un viaggio più lungo. Aiuterà inoltre la rete elettrica a raggiungere una pulizia senza precedenti e stabilità, aprendo la strada. L’umanità si sta muovendo verso una nuova era di energia più verde ed efficiente. (Giornalista Zhang Jiaxin)