Le tecnologie per gli accumuli elettrici, all’incrocio fra il mondo dell’energia e quello dell’automobile, sono considerate cruciali per la transizione energetica verso le fonti rinnovabili. E il mercato delle batterie – destinato, secondo Bnef, a passare dai 25 miliardi di dollari attuali a 100 miliardi nel 2029 – è il più dinamico in questo ambito. La buona notizia è che si prevede un crollo del costo delle batterie al litio nel prossimo decennio, dagli attuali 175 dollari per chilowattora a meno di 100 dollari nel 2030. Questo porterà i veicoli elettrici a raggiungere la parità di costo con le auto a benzina. A quel punto, gli accumuli diventeranno tanto importanti per il trasporto globale quanto lo è oggi il petrolio, causando un aumento del 6.700% della domanda di batterie, sempre secondo Bnef.

La notizia meno buona è che non ci sono killer application per affrontare questa sfida con batterie radicalmente più efficienti. Il prossimo decennio, dunque, continuerà a essere dominato dal litio, con miglioramenti incrementali di prestazioni e di costi. Per completare la transizione energetica e mettere i combustibili fossili definitivamente fuori mercato, però, sarà necessario superare anche questa tecnologia e mettere a punto celle più performanti, sia sulla quantità di energia immagazzinata che sulla vita della batteria, oltre che più sicure. È su questo che punta l’Europa, con la sua nuova strategia di ricerca di base, Battery 2030+, in cui impegnerà 3,2 miliardi di euro di fondi pubblici, con altri 5 miliardi di fondi privati in arrivo. La visione di Battery 2030+ è inventare le batterie del futuro, fornendo tecnologie all’avanguardia all’industria europea, con la partecipazione di 17 partner tra università, centri di ricerca e associazioni industriali, in nove Paesi europei.

Il progetto è coordinato da Kristina Edström (nella foto), professoressa di chimica inorganica all’Università di Uppsala in Svezia. «Affronteremo le sfide legate alla realizzazione di batterie ad altissime prestazioni», spiega Kristina Edström. «Questo significa istituire una piattaforma di accelerazione per la scoperta di nuovi materiali per batterie utilizzando l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale, e soprattutto concentrandosi sulle interfacce nelle batterie in cui si verificano reazioni che possono essere dannose per la durata della batteria. Progetteremo funzionalità intelligenti fino al livello delle celle della batteria e presteremo particolare attenzione ai problemi di sostenibilità».

Il Politecnico di Torino è l’unico partner italiano della flagship: "L’idea è di lavorare a una piattaforma di accelerazione che grazie a un sistema robotizzato ci aiuterà a individuare nuovi materiali a cui oggi non abbiamo ancora pensato", spiega Silvia Bodoardo, docente di Chimica applicata e Tecnologia dei materiali al Politecnico di Torino e coordinatrice del progetto per l’Italia. Il problema attorno a cui girano gli scienziati è il seguente: più grande e densa è la batteria, più energia chimica può immagazzinare e quindi più elettricità può generare, ma una batteria più grande e più densa è più costosa, più pesante e impiega più tempo a caricarsi. Le batterie agli ioni di litio sono molto popolari perché hanno un rapporto elevato tra energia e peso. S’inizia già a vedere la seconda generazione di veicoli elettrici: mentre i primi modelli avevano un’autonomia di circa 150 chilometri (a parte Tesla), ora la maggior parte dei nuovi modelli offre un’autonomia sui 300 chilometri.

Mano a mano che la tecnologia migliora, le batterie vengono utilizzate per nuovi usi, aumentando le economie di scala: oltre all’utilizzo ormai consueto nelle reti elettriche e negli accumuli domestici, ci si aspetta di vederle apparire presto nei cantieri, nelle miniere e negli impianti industriali, al posto dei generatori diesel. Al contempo, vengono impiegate in dispositivi sempre più piccoli, come gli impianti medici. «Per poter competere con cinesi, giapponesi e coreani è inutile rincorrerli sul loro stesso terreno, producendo quello che loro già possono offrire con economie di scala già collaudate. Dobbiamo mettere a punto celle più performanti dal punto di vista della quantità di energia immagazzinata e della vita della batteria, oltre che più sicure», rileva Bodoardo. In prospettiva, la tecnologia con maggiore potenziale è quella delle batterie allo stato solido. Possono riuscire ad aumentare notevolmente la densità energetica della batteria, a migliorare la sicurezza.

Grazie alla maggiore stabilità, le batterie allo stato solido possono utilizzare catodi con energia potenziale più elevata e anodi di litio solido, che potrebbero aumentare significativamente la quantità di energia immagazzinata, portando l’auto elettrica fino a un’autonomia di 750 chilometri. Diverse aziende sono impegnate su questo fronte, tra cui i produttori tradizionali come Samsung e Lg, ma anche nuove iniziative come QuantumScape, in cui Volkswagen ha una partecipazione significativa. Tesla, da parte sua, sta puntando sulle batterie a base di silicio, che potrebbero fornire una maggiore densità energetica e una maggiore durata. Per ora, però, il consenso è che né le batterie allo stato solido né quelle al silicio arriveranno sul mercato in tempi brevi.

Elena Comelli