LE TECNOLOGIE

Il futuro dell’auto elettrica è nelle nuove batterie: cosa vedremo nel 2024

Il 2024 sarà probabilmente l’anno della svolta nelle tecnologie delle batterie per l’auto elettrica. Qual è la situazione attuale, e quali le novità che ci attendono?

Pubblicato il 02 Gen 2024

Concept depicting new possibilities for the development of ecological battery technologies and green energy storage in the form of a battery-shaped pond located in a lush forest. 3d rendering.

Come cambiano le batterie per l’auto elettrica con le nuove tecnologie?

Nel 2019, nell’era pre-Covid, circolavano nel mondo circa 7 milioni di veicoli. Solo 3 anni dopo, a fine 2022, il numero era più che triplicato, superando la quota di 25 milioni. Un ulteriore importante balzo, di circa 15 milioni di veicoli elettrici, è stato stimato nel 2023, raggiungendo così 40 milioni di vetture, decuplicando il numero di soli cinque anni prima. La crescita del mercato di vetture elettriche appare inarrestabile, con la Cina che funge da capofila sempre più incontrastato, con una quota di mercato del 60%.

Una crescita così importante implica un’attenzione consapevole sulla quantità di materiali disponibili per costruire le batterie, il cuore dell’automobile elettrica: abbiamo materiali a sufficienza, vi possono essere delle criticità? Vediamo quindi la situazione attuale e quali novità sono attese nei prossimi anni, a partire dal 2024.

Batterie auto elettrica 2024: le tecnologie cobalt-free e nickel-free diventano dominanti

La tecnologia attuale di riferimento è la cosiddetta NMC, a base di Nickel, Manganese e Cobalto, con la presenza costante del Litio (batterie a ioni di litio). Sono quelle utilizzate anche in smartphone e computer portatili. Il Nickel proviene principalmente dall’Indonesia ma viene impiegato solo in minima parte nelle batterie dei veicoli elettrici. Nell’ultimo anno, dei circa 3 milioni di tonnellate di nickel usato, solo 200mila sono legate al mondo del trasporto elettrico. Il resto, ovvero oltre il 90%, viene utilizzato per altre batterie (ad esempio smartphone, tablet, notebook ecc.), leghe metalliche (acciaio inox) e altri utilizzi vari. Il cobalto riveste un ruolo maggiore nel settore della mobilità elettrica, ma sempre minoritario (30%) rispetto ad altri utilizzi.

Ciononostante, la tecnologia, nella previsione di un forte aumento della domanda, si sta focalizzando su materiali alternativi, non critici. Nel 2023 sono emerse in maniera crescente le batterie nickel-free e cobalt-free, a base di ferro e fosforo (litio ferro fosfato o LFP). I vantaggi rispetto alle tradizionali NMC sono numerosi: meno costose, più sicure, maggior numero di cicli di utilizzo, assenza di materiali critici. Molti modelli 2023 e, sempre di più, i nuovi modelli annunciati per il 2024, ad eccezione degli allestimenti long-range (ad alta autonomia di percorrenza, che richiedono le batterie NMC), saranno equipaggiati con batterie LFP, grazie ai minori costi e criticità nel reperimento dei materiali. Le batterie LFP coprivano già a fine 2022 una quota di mercato del 30%, in crescita nell’anno corrente.

Già oggi se vi interessate per l’acquisto di un veicolo elettrico, gli stessi funzionari di vendita, sensibilizzati sull’argomento, mettono in evidenza la presenza di batterie LFP, a minore impatto, al posto delle tradizionali NMC.

Ancora una volta la Cina guida il rinnovamento (in questo caso addirittura il 95% delle nuove batterie è presente in veicoli provenienti dal gigante asiatico), con Europa e Stati Uniti di fatto colpevolmente assenti. La stessa Tesla, statunitense, che equipaggia con batterie LFP oltre il 30% delle sue vetture (la Tesla è stata una delle prime case automobilistiche a introdurle fin dal 2021, nella Model 3 Standard Range), produce quasi tutte le sue vetture cobalt-free in Cina o, comunque, con batterie prodotte in Cina. Sempre la cinese BYD, prima casa costruttrice di veicoli elettrici al mondo, equipaggia le sue auto con batterie LFP. Nel 2024 le fornirà anche ad altri costruttori, tra cui Audi, Mercedes e Tesla, che le utilizzeranno per alcuni loro modelli di punta 2024.

Nel 2024 il rapporto tra le batterie LFP cobalt-free e le tradizionali NMC si invertirà a favore delle prime, che diventeranno la tecnologia dominante. Ormai cobalto e nickel diventeranno un ricordo per i veicoli elettrici (ma non per gli altri usi, come le batterie per smartphone, un fattore critico di cui invece nessuno parla).

E il litio?

Sia le tradizionali batterie NMC che le nuove batterie LFP fanno sempre riferimento allo ione litio, che viaggia avanti e indietro tra i poli (positivo e negativo) della batteria consentendo la carica e la scarica. Il litio per molto tempo è stato considerato insostituibile: è il metallo più piccolo che esista (tra gli elementi chimici solo l’idrogeno e l’elio sono più leggeri) e quindi assicura la massima quantità teorica di energia a parità di spazio occupato. L’International Energy Agency (IEA), nel suo ultimo report 2023, indica che il 60% della domanda mondiale di litio arriva dal settore dei veicoli elettrici. A sua volta la domanda complessiva di litio è triplicata dal 2016 a oggi. Rappresenta quindi una criticità con cui prima o poi dovremo fare i conti per la mobilità elettrica?

Il litio oggi proviene essenzialmente da due luoghi, le salamoie del Cile e le miniere dell’Australia. Anche se viene spesso indicato come un materiale critico in realtà non è per nulla raro sulla crosta terrestre. Anzi. Si stima che le riserve (limitandoci solo a quelle accertate) siano più che sufficienti per sostituire tutto il parco automobilistico del mondo (ovvero circa un miliardo e quattrocento milioni di automobili). In Europa il sito principale di estrazione è proprio il Donbass, in Ucraina, attualmente al centro del conflitto russo-ucraino. Una volta estratto il litio poi, al 60-70% del mercato mondiale, viene importato e raffinato per le batterie in Cina.

Anche in questo ambito nel 2024 avremo importanti novità. La ricerca se ne sta già occupando da anni. Guardando la tavola periodica degli elementi chimici si vede facilmente che sotto la casella del litio (stessa colonna indica proprietà analoghe) si trova il sodio, un metallo abbondantissimo, almeno dieci volte il litio. Basti pensare che abbiamo oceani e mari pieni di cloruro di sodio, il comune sale che usiamo tutti i giorni in cucina. La tecnologia, ancora una volta cinese, ha sorpreso tutti anticipando l’arrivo sul mercato delle nuove tecnologie cosiddette post-litio. Oltre la già citata BYD troviamo un altro gigante industriale del paese asiatico, la CATL, che fornisce batterie per automobili elettriche a mezzo mondo, dalla Tesla alla BMW, alla Mercedes (gruppo Daimler), al gruppo Volkswagen, PSA, Volvo e altri.

Le batterie agli ioni di sodio, grazie alla facilità di reperimento del materiale di partenza (il precursore diretto è la soda, o carbonato di sodio, utilizzato oggi per la produzione del vetro, della carta e dei detergenti, a sua volta ottenuto industrialmente dal cloruro di sodio, il sale da cucina), costano il 30% di meno delle batterie LFP, a loro volta più economiche delle tradizionali NMC. L’IEA riporta che nel 2022 si contavano già una trentina di siti produttori operatici o in costruzione. Se possibile, la quota di produzione cinese è ancora più elevata di quella delle batterie LFP, raggiungendo al momento praticamente il 100%. La capacità di produzione stimata è già adesso altissima, 100 GWh, “solo” un quindicesimo di quella a base di litio. Per una tecnologia futuristica che era attesa solo nel medio-lungo termine è un ottimo risultato.

Con ogni probabilità il 2024 vedrà diversi annunci di modelli equipaggiati con le nuovissime batterie al sodio. Lo scorso aprile la cinese BYD ha annunciato il suo modello Seagull come prima automobile al mondo ad essere commercializzata, nel corso del 2024, con le batterie al sodio. L’ambito di utilizzo rimane al momento quelle delle city car (il sodio, più grande del litio, comporta una minore densità energetica e, quindi, minori autonomie) ma la batteria da 30 kWh assicurerà comunque una autonomia di circa 300 km, più che adatta per la gran parte degli utilizzi. L’ottimizzazione dei costi consente di arrivare a un prezzo finale sorprendente, poco più di 11.000 dollari (al lordo degli incentivi).

Batterie auto elettrica 2024: non solo autonomie maggiori

Nei prossimi anni vedremo altre importanti innovazioni, tra cui densità energetiche elevate raggiungibili sostituendo la grafite, attualmente utilizzata al polo negativo della batteria, col silicio (la tecnologia ibrida grafite-silicio è già oggi realtà in molti casi) oppure utilizzando litio metallico, dove la densità energetica sarà massima, o infine nelle batterie a stato solido.

A quel punto, a parità di peso, autonomie di 1.000 km saranno facilmente raggiungibili anche nella mobilità elettrica.

Ma il 2024 sarà probabilmente l’anno della svolta nelle tecnologie delle batterie che guardano soprattutto a ottimizzare costi, a fare affidamento su materiali di partenza abbondanti e a basso impatto, assicurando allo stesso tempo autonomie accettabili per la stragrande maggioranza degli utilizzi quotidiani (non dobbiamo percorrere 1.000 km tutti i giorni, peraltro senza mai programmare una sosta). Oltre alle versioni cobalt- e nickel-free, che risolvono alla radice il problema dei materiali critici e che nel 2024 diventeranno la tecnologia dominante, all’orizzonte si affacciano già le futuristiche batterie post-litio, dove a quel punto le riserve disponibili diventano virtualmente infinite, con ulteriore diminuzione dei costi. Il sale da cucina che usiamo da sempre nelle nostre tavole presto sarà al centro della tecnologia che muoverà le nostre future automobili.

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Alessandro Abbotto
Alessandro Abbotto

Alessandro Abbotto è professore ordinario di Chimica all’Università di Milano-Bicocca. È presidente della Divisione di Chimica Organica della Società Chimica Italiana e coordinatore dei Giochi e Campionati Internazionali della Chimica .È stato direttore del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca fino al 2021, coordinando in qualità di direttore il progetto quinquennale del Ministero dell’Università e della Ricerca rivolto ai “Dipartimenti di Eccellenza” su idrogeno, batterie e fotovoltaico. Ha pubblicato "Idrogeno. Tutti i colori dell’energia" (Edizioni Dedalo, 2021), "La mobilità elettrica. Storia, tecnologia, futuro" (Carocci editore, 2022), "La nuova chimica del XXI secolo. Rivoluzione verde e transizione ecologica" (Edizioni Dedalo, 2023, con Vito Capriati) e "Il genio quotidiano. Raccolta di racconti del quotidiano di grandi scienziati chimici e delle loro scoperte" (Edises-SCI, 2023).

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