Le batterie a stato solido sono una risorsa per la decarbonizzazione?
Non è certo la prima volta che il Giappone si mostra sul mercato come grande potenza innovatrice.
Già nel 1997 infatti la Toyota ha vinto prima di tutti la sfida verso l’elettrificazione automobilistica con il fortunatissimo lancio della Prius, che grazie ai suoi due motori (termico ed elettrico) è stata la prima auto ibrida di serie al mondo.
Questa volta ci riprova, annunciando al mondo di stare lavorando a una nuova batteria a stato solido. Una tecnologia incredibilmente innovativa a cui tutti i centri di ricerca del mondo avevano già destinato attenzioni e investimenti, ma che - con l’ingresso di una fra le più importanti case automobilistiche del mondo - potrebbe arrivare sul mercato in vasta scala entro il 2027.
Per lo meno queste sono le speranze di Keiji Kaita, a capo del centro di ricerca e sviluppo del colosso giapponese, secondo cui queste nuove batterie potrebbero fornire un’autonomia di 1.200 km per le proprie vetture (il doppio della media che si può trovare oggi in commercio), oltre alla possibilità di essere ricaricate in soli 10 minuti.
Benefici rivoluzionari, se comparati alle prestazioni delle batterie a litio, che popolano i pianali delle auto elettriche presenti attualmente sul mercato.
Il loro funzionamento si basa su un flusso di atomi caricati elettricamente - conosciuti come ioni - che scorre attraverso un materiale chimico liquido chiamato elettrolita fra i due elettrodi della cella, cioè dall’anodo (il terminale negativo della batteria, fatto di grafite) al catodo (quello positivo) riuscendo a generare in tutto questo processo la corrente elettrica che serve alla batteria per alimentare il dispositivo in cui è inserita.
Quando parliamo di batterie a stato solido facciamo riferimento a un processo simile, ma in cui l’elettrolita in cui scorrono gli atomi non è liquido bensì solido.
A questa novità si aggiunge l’inserimento di anodi metallici di litio estremamente leggeri, i quali possiedono una densità energetica molto più elevata rispetto alla grafite, il materiale utilizzato negli attuali anodi.
Si tratta di una differenza piuttosto rilevante, in quanto rispetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali, queste nuove batterie consentirebbero di immagazzinare molta più energia (fornendo di conseguenza autonomia più elevata ai veicoli), un tempo di attesa minore per la ricarica, e un maggiore livello di sicurezza, in quanto le batterie a stato solido sono meno soggette a surriscaldamento e incendio, con benefici anche in termini di utilizzo e trasporto.
Vantaggi di notevole importanza che potrebbero influire positivamente sulla vita privata dei proprietari di veicoli elettrici e di conseguenza anche sul processo di decarbonizzazione, che vede nelle emissioni di gas serra provenienti dalle auto il principale nemico da sconfiggere.
Pur essendo ancora in fase di sviluppo, le batterie a stato solido permetterebbero alla prima casa automobilistica capace di commercializzarla di scrivere una pagina fondamentale della storia della mobilità elettrica.
Analogamente all’idrogeno verde - un potenziale alleato per l’immagazzinamento e la fornitura di energia elettrica pulita -, le batterie a stato solido rappresentano un promettente obiettivo di ricerca per gli istituti e le aziende di tutto il mondo, anche se entrambi scontano il medesimo problema: costi elevatissimi.
Le spese legate a produzione e assemblaggio delle batterie a stato solido sono attualmente più elevate rispetto a quelle delle batterie al litio tradizionali, principalmente per via del costo dei materiali e dei processi di produzione tali da rendere gli elettroliti solidi stabili e conduttivi, con la necessità di avere impianti e attrezzature di straordinaria precisione che riescano a evitare guasti all’interno delle batterie stesse, in cui le continue cariche e scariche provocano formazione di dendriti, cioè ammassi di litio che possono portare alla rottura.
Sfide tecniche, economiche e industriali che a oggi rendono poco conveniente la produzione di queste batterie, ma che in futuro potrebbero essere facilmente vinte grazie alle economie di scala, perché i costi fissi, come i quelli di ricerca e sviluppo, di marketing e di infrastruttura, vengono distribuiti su un numero maggiore di unità prodotte (e questo consentirebbe di applicare prezzi più bassi).
Si tratta di uno scenario altamente auspicabile, in quanto nel caso opposto, le batterie a stato solido potrebbero essere derubricate a costoso elemento per impreziosire le auto di fascia alta, dove comunque l’Amministratore delegato di Toyota, Koji Sato, ha annunciato che saranno inizialmente implementate.
Un’applicazione parecchio limitata e che non ne consentirebbe un pieno sfruttamento, e - come afferma Lee Kyung Sub, responsabile del settore materiali per batterie presso il conglomerato coreano Posco - anche se tutto andasse come previsto le batterie allo stato solido potrebbero rappresentare «solo il 10% del mercato complessivo dei veicoli elettrici entro il 2035».
Nonostante lo scetticismo, l’ingresso a gamba tesa di Toyota all’interno della ricerca potrebbe smuovere le acque e gli investimenti da parte di università, centri di ricerca, startup e aziende per la sua applicazione anche al di fuori del settore dei trasporti.
Tanto che il mercato globale delle batterie a stato solido sarebbe pronto a esplodere verso un valore di 1,9 miliardi di dollari entro il 2031, grazie a una crescente domanda di veicoli elettrici e molti altri dispositivi elettronici portatili che richiedono batterie più piccole, leggere ed efficienti.
Anche se c’è chi si proietta verso cifre molto più elevate, come la società di ricerca IDTechEX che nel suo studio Solid-State and Polymer Batteries 2021-2031: Technology, Forecasts, Players ritiene che entro 8 anni questo mercato potrebbe arrivare a valere anche 8 miliardi.
Tuttavia, molto prima del suo annuncio al pubblico tante altre case automobilistiche si erano mostrate interessate a questa tecnologia.
Questo gennaio per esempio Bmw ha stretto importanti accordi con la start up americana Solid Power per sviluppare competenze e impianti utili alla costruzione di batterie a stato solido per i propri veicoli elettrici, inaugurando anche una struttura apposita, il Cell Manufacturing Competence Center, dove progettare i primi prototipi (che potrebbero arrivare già dal 2025).
Stando ad alcune previsioni, una volta raggiunto l’equilibrio produttivo il costo al chilowattora per una batteria a stato solido si potrebbe aggirare tra gli 80 e i 90 dollari, mentre le batterie agli ioni di litio attuali gravitano intorno ai 60 dollari al kWh.
Inoltre, già nel 2022 la giapponese Nissan metteva nero su bianco Ambition 2030, un piano di investimento decennale articolato su più punti di innovazione per una completa transizione energetica dei propri modelli, dove spicca l’intenzione di rendere disponibili al mercato i primi accumulatori a stato solido entro il 2028 al costo di 75 dollari al kWh.
