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02.04.2021 - 06:000

Nuova svolta per le batterie allo stato solido

Sviluppata una batteria allo stato solido con prestazioni molto migliori rispetto alle batterie agli ioni di litio

Le batterie allo stato solito, chiamate così appunto perché utilizzano un elettrolita solido invece della tipica soluzione liquida, possono immagazzinare molta più energia a parità di peso e di volume rispetto a quelle tradizionali. Ma è sempre molto difficile ottenere buone prestazioni perché devono anche essere in grado di resistere ad alti cicli di carica e scarica, durare a lungo e operare ad alte e basse temperature senza problemi. A questo proposito, la QuantumScape, azienda americana con sede in California, ha dichiarato di recente di aver risolto gran parte di questi problemi, compiendo un ulteriore passo in avanti verso batterie allo stato solido competitive sia a livello di durata che di resistenza.

L’innovazione apportata dall’azienda californiana ruota tutta attorno a un nuovo design a soli due strati: catodo e separatore. Il sistema, nello specifico, adopera anodi di litio-metallo che non si formano durante la produzione, ma direttamente attorno al collettore di corrente quando la batteria è carica. Il classico separatore polimerico poroso, invece, è stato rimpiazzato da un separatore in ceramica solida che resiste alla formazione di dendriti, un problema che può causare il cortocircuito delle batterie e talvolta incendiarsi quando si accumulano depositi di metallo su un elettrodo fino a perforare il separatore.

La densità energetica della batteria è davvero eccellente. In termini volumetrici, può immagazzinare 1 kWh/litro, circa quattro volte quello che immagazzina l’attuale batteria Tesla Model 3. In peso, la batteria offre  tra 380-500 Wh/kg, molto più rispetto a circa 260 Wh/kg dei
pacchetti Tesla. Per quanto riguarda la sicurezza, il separatore a base di ceramica non è combustibile e riesce a mantenere l’anodo e il catodo isolati in modo sicuro a temperature molto più elevate di quelle che possono sopportare le attuali celle agli ioni di litio.

La batteria QuantumScape si carica a velocità incredibilmente elevate, raggiungendo l’80% in soli 15 minuti, e sopportando potenze di ricarica molto maggiori. Anche il ciclo di vita raggiunge i livelli di una normale batteria agli ioni di litio. La cella, infatti, mantiene l’80% della sua capacità dopo 800 cicli completi di carica e scarica, il che equivale a una percorrenza di circa 386.000 km. Inoltre, la batteria sarebbe anche meno sensibile agli effetti del gelo, mantenendo prestazioni poco inferiori fino a temperature esterne di -30 gradi.

“La parte più difficile nella produzione di una batteria allo stato solido funzionante è la necessità di soddisfare simultaneamente i requisiti di alta densità di energia, ricarica rapida, ciclo di vita lungo e funzionamento con ampio intervallo di temperature”, ha affermato Stan Whittingham, co-inventore della batteria agli ioni di litio e vincitore del premio Nobel per la chimica nel 2019. “I dati mostrano che le celle di QuantumScape soddisfano tutti questi requisiti, qualcosa che non è mai stato segnalato prima”.

Jagdeep Singh, fondatore e CEO di QuantumScape, ha annunciato che la società avvierà la produzione delle batterie allo stato solido costruendo una linea pilota di fabbricazione nella città californiana di San Jose. Il sito produttivo, denominato QS-0, sarà costruito a partire dalla seconda metà del 2021, per poi realizzare 100.000 celle all’anno dal 2023.

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