Piombo, metalli, polimeri e ioni: luci ed ombre sulle batterie

Per portarsi in giro l’elettricità necessaria a muovere le ruote le auto elettriche devono usare le batterie, purtroppo la densità energetica della migliore delle batterie è infinitamente più bassa di quella della benzina, un kg di benzina può sprigionare circa 13000 Wh, la migliore delle batterie al litio si ferma intorno ai 250 Wh, si tratta di cifre molto differenti.

Esistono batterie con densità energetiche più elevate ma si tratta di batterie primarie, cioè che si possono usare una sola volta e che non sono ricaricabili, per muoversi servono le batterie secondarie (ricaricabili).

Il cavallo da tiro delle batterie è sempre stata la batteria al piombo che fin dal 1859 fa il suo lavoro con calma ed affidabilità, la prima auto al mondo a superare i 100Km/h e’ stata nel 1899 la Jamais Contente spinta proprio delle batterie al piombo.

Anche la Porsche Semper Vivus, auto ibrida dei primi del ’900 recentemente rimessa a nuovo dopo 110 anni di stop, era dotata di batterie al piombo.

La batteria al piombo però ha una densità energetica di soli 50 Wh/kg, troppo poco per competere contro i 13000 della benzina, di conseguenza tutti i veicoli elettrici propulsi dal piombo, anche i migliori (Fiat Panda elettra degli anni ’80, General Motors EV1 degli anni 90) non sono mai riusciti ad imporsi.

Sebbene ad oggi superata la batteria al piombo grazie alla sua semplicità, robustezza ed economia continua a vivere, riservando continue sorprese: è stato solo recentissimamente scoperto nel dettaglio il funzionamento della cella a livello chimico, prima solo teorizzato.

Sul finire degli anni ’90 nascono alcuni tentativi di migliorare le batterie prima con le Nichel-Cadmio, subito abbandonate a causa della tossicità del Cadmio se disperso nell’ambiente, e subito dopo con le Nichel-Idrati Metallici (Ni-mh) nate quasi per sbaglio mentre si conducevano ricerche sullo stoccaggio dell’idrogeno nel reticolo cristallino di un metallo (Idruro metallico).

La Prius, il Vectrix e le ultime EV1 montano questo tipo di batterie Ni-mh con una densità fino a 120 Wh/Kg.

Per motivi protezionistici il brevetto delle Ni-mh fu bloccato ai soli produttori statunitensi, così mentre nascevano i primi cellulari ed i computer portatili cominciavano a diffondersi c’era una fortissima richiesta di batterie ancora più potenti e leggere. In Asia nacque quindi la batteria al Litio.

La prima fu la Litio Polimeri, seguita all’inizio degli anni 2000 dalle “cugine” Litio-Ioni e Litio Ferro Fosfato.

Per i veicoli elettrici di tutti i giorno solo l’ultima è quella giusta che sebbene sia la meno potente della famiglia è l’unica che dia garanzia di lunghissima durata e di sicurezza assoluta, le altre più potenti ma più costose vengono usate per impieghi in scala più piccola, sono diventate quindi le regine incontrastate di cellulari e computer.

Dal punto di vista ambientale le Litio, e soprattutto le Litio Ferro Fosfato, rappresentano un enorme passo avanti in quanto i materiali interni non sono tossici e sono biodegradabili in buona parte, sebbene sia sempre d’uopo riciclare correttamente le batterie che raggiungono il fine vita.

Oggi le batterie al Litio muovono quasi la totalità dei veicoli elettrici in commercio e quasi sempre si tratta di Litio Ferro Fosfato (LiFePO4), solo alcuni veicoli da competizione usano le Li-Po (Litio Polimeri)

Per il futuro si sta guardando alle batterie Zinco-Aria e alla Litio-Aria , usare l’aria come elemento attivo permette di ridurre moltissimo il peso della batteria perché ci si deve portare dietro solo metà cella, l’altro reagente si prende dall’aria (l’ossigeno viene poi restituito durante la ricarica).

Le Zinco-aria promettono densità energetiche di circa 750 Wh/kg ma ad oggi è difficilissimo convincerle a ricaricarsi con la corrente, sono invece già in uso “rigeneratori” termici, cioè scaldando l’ossido di zinco questo si decompone in zinco metallico e ossigeno, pero’ per un uso nei veicoli è scomodo tutte le sere staccare la batteria e metterla in forno per ricaricarla! :)

Le Litio-aria promettono densità fino a 2000 Wh/kg ma purtroppo hanno ancora l’antipatica caratteristica di tendere prendere fuoco quando c’è moltissima umidità, ad oggi il consorzio guidato da IBM che sta studiando le Litio-aria ha fatto una “promessa” cioè di creare un veicolo elettrico con un range di 500 miglia (800km) con singola carica e sembra che siano vicini al risultato.

Dal 1800 ad oggi siamo passati da 50 Wh/kg a forse 2000, da metalli pesanti a metalli leggeri e biocompatibili, il tutto condensato negli ultimi 20 anni di evoluzione delle batterie.

Foto | nurpax

One comment

  1. Giulio Cervone says:

    Ciao Simone, ottimo contributo…aggiungerei un appunto (potrebbe essere un idea per un altro articolo). In termini di impatti ambientali è meglio una batteria o ancora la benzina? fino a quando sarà così? Ad oggi sembra che il mercato premi ancora la benzina… ci sarà una soglia (temporale o tecnologica) oltrepassata la quale non converrà più?

    un saluto ;)

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