Stanno arrivando batterie più efficienti per le auto elettriche

La scorsa settimana la multinazionale giapponese Panasonic ha annunciato che investirà 4 miliardi di dollari in una nuova fabbrica di batterie per veicoli elettrici, che sarà costruita in Kansas (Stati Uniti) con l’obiettivo di rifornire soprattutto l’azienda automobilistica Tesla, uno dei suoi principali clienti. L’impianto avrà un centro di ricerca per lo sviluppo di una nuova generazione di batterie che si ricaricano più velocemente e durano di più a parità di dimensioni. Panasonic è solo una delle numerose aziende al lavoro per sviluppare questi nuovi sistemi, che potrebbero essere pronti per il mercato in pochi anni e considerati essenziali per la transizione dalle automobili con motori termici a quelli elettrici.

Le batterie sono l’elemento centrale delle auto elettriche e sono anche tra i loro componenti più costosi. Agli attuali prezzi, aumentati anche a causa della crisi delle materie prime seguita alla pandemia, da sole costituiscono fino a un terzo del costo complessivo di produzione. Con una domanda in rapida espansione, le aziende automobilistiche possono fare affidamento su una quantità limitata di grandi fornitori di batterie, quasi tutte aziende asiatiche, e per questo negli ultimi anni importanti società del settore come Volkswagen, Ford e Stellantis hanno fatto enormi investimenti per ridurre la loro dipendenza da terzi e al tempo stesso migliorare l’efficienza delle batterie.

Chi potrà offrirne che si caricano più velocemente e con una maggiore autonomia avrà più vantaggi sul mercato, ma il miglioramento delle batterie non è semplice e si scontra con limiti fisici e talvolta economici non indifferenti. Lo sanno bene le centinaia di aziende e start-up che negli ultimi anni, soprattutto negli Stati Uniti, si sono dedicate alla ricerca e allo sviluppo di nuove soluzioni. I fondi di investimento hanno iniettato nel settore svariati miliardi di dollari, scommettendo sulle società più promettenti e che con la ricetta giusta per le batterie potrebbero diventare molto ricche in tempi relativamente brevi, ma la crisi energetica e dei mercati finanziari degli ultimi mesi ha complicato sensibilmente le cose.

QuantumScape, una delle società californiane che negli ultimi anni hanno ricevuto sostanziosi finanziamenti, aveva un valore di mercato intorno ai 54 miliardi di dollari quando si era quotata in borsa nel 2020, mentre oggi il suo valore è intorno ai 4 miliardi di dollari. Come segnala il New York Times, le difficoltà finanziarie non hanno comunque rallentato le attività dell’azienda, che confida di iniziare la produzione di una nuova generazione di batterie entro un paio di anni. Più dense ed efficienti grazie a un nuovo modo in cui sono organizzate e isolate tra loro le “celle”, gli elementi costituitivi, le batterie di QuantumScape saranno prima sperimentate da alcune aziende automobilistiche, che valuteranno in seguito se adottarle sui loro veicoli.

Tra gli investitori della società ci sono Volkswagen, azienda tedesca che ha intenzione di investire molto nei veicoli elettrici e in poco tempo, ma anche il cofondatore di Microsoft, Bill Gates, impegnato nel finanziare tecnologie che potranno contribuire a mitigare gli effetti del riscaldamento globale (i motori termici sono tra le principali cause delle emissioni di anidride carbonica).

Al di là degli investimenti nelle società esterne, Volkswagen a inizio luglio ha confermato di volere investire 20 miliardi di euro per costruire veicoli elettrici, costituendo Power Co, una società controllata che dovrà gestire l’approvvigionamento delle materie prime e varie attività di produzione. La nuova società si occuperà inoltre della ricerca e dello sviluppo nel settore delle batterie, che saranno poi costruite nei sei nuovi stabilimenti che Volkswagen intende costruire in Europa entro la fine del 2030.

Tra le numerose aziende nel settore, QuantumScape è comunque ritenuta tra le più promettenti soprattutto per una nuova tecnologia sviluppata per isolare meglio alcuni componenti delle batterie, impiegando un nuovo materiale ceramico la cui ricetta è naturalmente un segreto industriale. Consente di utilizzare un materiale solido invece di uno liquido per gestire il passaggio della corrente elettrica tra i poli positivi e negativi delle batterie. Questa soluzione, esplorata da numerosi altri produttori con vari materiali, rende più densa la batteria e di conseguenza in grado di accumulare più energia per chilogrammo, rispetto ai sistemi attualmente impiegati.

In un certo senso, QuantumScape è vista dagli esperti del settore come una prova generale sulla nuova generazione di batterie per i veicoli elettrici. Il primo ciclo produttivo consentirà di sperimentarne l’affidabilità fuori dai laboratori, dove non si possono sempre riprodurre tutte le variabili del mondo reale. Le batterie sono più o meno efficienti al variare della temperatura dell’ambiente, per esempio, ma altre condizioni come forte umidità e composizione dell’aria possono incidere sulle prestazioni di alcuni loro componenti. Numerosi cicli di carica e scarica influiscono inoltre sulla vita delle celle, riducendo col passare del tempo la resa e l’affidabilità delle batterie.

Molti dei responsabili e degli ingegneri che lavorano nel settore, soprattutto negli Stati Uniti, hanno avuto precedenti esperienze all’interno di Tesla, l’azienda di Elon Musk che per prima ha puntato con grande convinzione sui veicoli elettrici, incentivando le aziende automobilistiche concorrenti a sviluppare sistemi alternativi ai motori termici tradizionali. Il progressivo affollamento di startup, specialmente negli Stati Uniti, ha spinto negli ultimi anni molti impiegati di Tesla a lasciare l’azienda di Musk, cercando altrove impieghi meglio pagati e soprattutto con allettanti prospettive sul fronte della ricerca e dello sviluppo.

Sempre il New York Times fa l’esempio di Gene Berdichevsky, il CEO di Sila, società californiana che progetta sistemi per batterie di vario tipo e non solo per le automobili elettriche. Nato nell’allora Unione Sovietica e trasferitosi a 9 anni negli Stati Uniti con i genitori, entrambi ingegneri esperti di sottomarini nucleari, Berdichevsky si era laureato a Stanford, una delle più prestigiose università statunitensi, poi era entrato in Tesla diventando uno dei protagonisti dello sviluppo delle batterie per i primissimi modelli di auto realizzati dall’azienda.

Berdichevsky lasciò Tesla nel 2008 iniziando a lavorare a un progetto che sarebbe poi diventato Sila, la sua attuale azienda. Sila non produce direttamente batterie, ma vende un nuovo materiale a base di polvere di silicio che può migliorare sensibilmente l’efficienza delle batterie, senza rendere necessari grandi lavori di conversione negli impianti già esistenti e che producono per lo più batterie agli ioni di litio.

Semplificando molto (qui una spiegazione più estesa), la maggior parte delle attuali batterie funziona attraverso il passaggio di atomi di litio all’interno delle celle. Il passaggio di corrente avviene perché ogni atomo è ionizzato (da questo deriva il nome “agli ioni di litio”), cioè carico positivamente, perché gli manca un elettrone. Nella fase di carica, gli ioni di litio si raccolgono da una parte della batteria (anodo); quando si utilizza la batteria per esempio per dare energia al motore, gli ioni si muovono verso l’altra parte (catodo) rendendo possibile il trasferimento di energia. Il processo è naturalmente molto più complesso di così ed è reso possibile dal materiale di cui sono fatti anodo, catodo e gli altri componenti della batteria.

L’anodo è quasi sempre fatto di grafite, ma Sila ha sperimentato il modo di rimpiazzarla con il silicio, che può contenere una maggiore quantità di ioni in uno spazio più piccolo. La batteria è quindi più efficiente e dura più a lungo. Altre aziende hanno sviluppato sistemi simili, confrontandosi con numerose difficoltà, a cominciare dalla tendenza delle batterie con silicio a gonfiarsi quando sono cariche, al punto da mettere a rischio la loro stabilità. In alcuni casi sono stati necessari oltre dieci anni di ricerche per trovare la giusta ricetta della polvere di silicio per ridurre questo effetto.

Sila ha di recente stretto un accordo con Mercedes-Benz, che impiegherà il silicio nelle batterie a partire dal 2025, ma solo in una selezione di veicoli di fascia alta.

Altre aziende automobilistiche come Honda, Hyundai, General Motors e società cinesi e coreane hanno investito in SES AI, una società costituita circa un anno fa che intende produrre batterie partendo da alcune tecnologie sviluppate dal Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti. Ha già aperto uno stabilimento a Shanghai, in Cina, dove ha iniziato la produzione dei primi prototipi di batterie ad alta efficienza. Se i test sui primi modelli daranno esiti positivi, la società inizierà a fornire batterie ai propri partner a partire dal 2025.

In generale, il settore è in pieno fermento e secondo gli analisti nei prossimi anni andrà incontro a una certa selezione naturale, con molte startup che non riusciranno a sostenere i costi o che falliranno nello sviluppare nuove soluzioni. Le società finanziate dai grandi costruttori di automobili avranno probabilmente qualche possibilità in più di resistere, considerata l’alta domanda e la spinta sempre più forte da parte dei governi per il passaggio ai motori elettrici.

I produttori già affermati, come Panasonic che vende milioni di batterie ogni anno, sanno che la concorrenza diventerà sempre più serrata e per questo investono pesantemente in ricerca e sviluppo. Nel suo nuovo impianto in Kansas, come in altri laboratori, l’azienda giapponese sta finendo di perfezionare le nuove batterie “4680”, più grandi delle precedenti e soprattutto con nuovi accorgimenti per renderle più efficienti. La produzione inizierà l’anno prossimo e Tesla sarà uno dei principali beneficiari.