L'evoluzione degli ioni di litio si basa su un anodo in silicio che promette più densità energetica e tempi di carica ridotti

La chiave per la svolta dell'elettrificazione dei trasporti, si sa, passa in gran parte per l'evoluzione delle batterie, fondamentale per offrire davvero una verosimile alternativa alla propulsione tradizionale. Tra le aziende che di recente hanno annunciato importanti passi avanti in questo campo c'è Enevate, azienda californiana fondata a Irvine nel 2005 che si sta specializzando nella produzione di batterie per veicoli elettrici.

La svolta arriva con una nuova generazione di celle agli ioni di litio basate su anodo in silicio puro. L'azienda di Irvine l'ha battezzata XFC (eXtreme Fast Charging) ad anodo di silicio, capace di caricare il 75% della batteria in soli 5 minuti, corrispondenti in media a 390 km di autonomia ripristinati in cinque minuti, appunto.

A differenza di quella a grafite sintetica, hanno dei vantaggi notevoli: un tempo di ricarica molto inferiore, una capacità maggiore, una densità energetica più alta, ingombri ridotti, costi minori e una durata stimata in 1.000 cicli di carica e scarica.

Applicazioni nella logistica

L'azienda americana non specifica ancora se la tecnologia XFC verrà utilizzata anche sui veicoli commerciali e industriali, dove potrebbere portare notevoli vantaggi economici e di efficienza per aziende di trasporto merci ai liberi professionisti, dai furgoni ai camion elettrici fino ai bus elettrici.

Una tecnologia più performante, con costi di esercizio inferiori alle attuali batterie e più disponibili sarebbe un incentivo per il passaggio dai combustibili fossili a quelli all'energia elettrica. E non deve essere un caso se un realtà molto attiva nell'ambito della mobilità sostenibile come l’Alleanza Renault-Nissan-Mitsubishi ha acquisito una partecipazione in Enevate alla fine del 2018.

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Come funzionano

Negli ultimi dieci anni l'utilizzo del silicio nelle celle agli ioni di litio su batterie per le automobili è stato oggetto di profonde discussioni in quanto indicato da più parti come la prossima novità nella tecnologia degli anodi, grazie alla sua capacità di carica teorica dieci volte superiore alla grafite.

Impiegare il silicio al posto della grafite significa utilizzare meno materiale anodico potendo riempire lo spazio extra con più materiale catodico, aumentando così l'energia complessiva che può essere immagazzinata all'interno dello stesso volume.

Uno sviluppo complicato

Questa differenza è dovuta al modo in cui il silicio immagazzina il litio: la struttura di grafite - che assorbe gli ioni di litio attraverso un processo chiamato intercalazione — è essenzialmente costituita da fogli di grafene che consentono di conservare gli ioni di litio tra gli strati. Il silicio invece assorbe più ioni di litio, formando una lega con una capacità teorica specifica molto superiore a quella della grafite.

Ma è una relazione instabile che porta a un cambio di struttura con ampie fluttuazioni di volume: per esempio, una particella di silicio quando assorbe litio aumenta il suo volume del 300% contro il 7% della grafite. Questo variazione volumetrica, oltre ad aver complicato i progressi nella tecnologia degli anodi di silicio, si ripete durante la carica e la scarica provocando una riduzione del ciclo di durata non indifferente. Ecco perché sono state introdotte solo piccole dosi di silicio, aumentandole gradualmente nel tempo.

Enevate invece ha deciso di scavalcare questo approccio progressivo rinunciando del tutto alla grafite e studiando un anodo con prevalenza di silicio, grazie anche a sostanziosi investimenti di multinazionali come LG, Samsung e l'Alleanza Renaul-Nissan-Mitsubishi.

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Sviluppare una tecnologia già consolidata

Mentre molti costruttori di veicoli commerciali e industriali si stanno impegnando a sviluppare nuovi van e camion elettrici, o a stringere sinergie per sviluppare infrastrutture di ricarica, Enevate sta concentrando i suoi sforzi in ricerca e sviluppo per mettere a disposizione delle batterie più efficienti.

Negli ultimi anni in questo ambito abbiamo visto come le prestazioni siano migliorate e i costi di produzione dimezzati e nel caso di Enevate la sua tecnologia di quarta generazione sarebbe pronta per la produzione in grandi volumi compatibile con le infrastrutture già esistenti, senza richiedere grandi investimenti. La società americana dice di collaborare con diversi produttori di apparecchiature originali (i c. d. OEM) per auto e produttori di batterie, con l'obiettivo di commercializzare la sua tecnologia per veicoli elettrici dal 2024-2025.

Quasi pronte ma già superiori

Sul suo sito l'azienda californiana ha pubblicato un video per dimostrare la superiorità della sua tecnologia XFC, nel quale confronta le sue batterie con quelle tradizioni alla grafite. Si può vedere come in appena 10 secondi quelle di Enevate accumulino una carica maggiore e,una volta montate su dei mini veicoli elettrici, consentano loro di completare fino a 18 giri di pista e a maggiore velocità mentre le altre non vanno oltre i tre giri.

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A loro agio anche al freddo

Altro aspetto rilevante, la nuova generazione di celle non soffrirebbe cali di prestazioni al freddo ma manterrebbe l'efficienza nella ricarica, la durata e la velocità del veicolo anche in climi rigidi. Un vantaggio molto importante per gli operatori logistici che agiscono nei paesi freddi, perché si potrebbe ridurre il bisogno di soste per rifornimento, magari nel bel mezzo di niente.

Secondo Benjamin Park, fondatore di Enevate, è stato colmato il gap tra veicoli elettrici di oggi e auto a gas (alimentate con combustibili fossili). Sviluppate le batterie che riducono i tempi di carica e offrono prestazioni migliori, non ci resta che attendere infrastrutture di ricarica adeguate.

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