La svolta tecnologica delle batterie apre la strada all’adozione di massa di auto elettriche a prezzi accessibili

Questa batteria a ricarica rapida in 10 minuti è stata sviluppata per le auto elettriche, con la scatola nera nella parte superiore contenente un sistema di gestione della batteria per controllare il modulo. Credito: Potenza CE. Tutti i diritti riservati.

12 ottobre 2022

Di Adrienne Berard

UNIVERSITY PARK, Pennsylvania — Una svolta nella progettazione delle batterie dei veicoli elettrici ha consentito un tempo di ricarica di 10 minuti per una tipica batteria per veicoli elettrici. La combinazione record di un tempo di ricarica più breve e di una maggiore energia acquisita per una maggiore autonomia di viaggio è stata annunciata oggi (12 ottobre) sulla rivista Nature.

"La necessità di batterie più piccole e con ricarica più rapida è più grande che mai", ha affermato Chao-Yang Wang, professore di ingegneria meccanica William E. Diefenderfer alla Penn State e autore principale dello studio. “Semplicemente non ci sono abbastanza batterie e materie prime critiche, soprattutto quelle prodotte a livello nazionale, per soddisfare la domanda prevista”.

Ad agosto, l'Air Resources Board della California ha approvato un ampio piano per limitare e infine vietare la vendita di auto a benzina all'interno dello stato. Entro il 2035, il più grande mercato automobilistico degli Stati Uniti metterà effettivamente in pensione il motore a combustione interna.

Se le vendite di auto nuove si sposteranno verso veicoli elettrici (EV) alimentati a batteria, ha spiegato Wang, dovranno superare due importanti inconvenienti: sono troppo lenti per ricaricarsi e troppo grandi per essere efficienti e convenienti. Invece di impiegare qualche minuto alla pompa di benzina, a seconda della batteria, alcuni veicoli elettrici possono impiegare tutto il giorno per ricaricarsi.

"La nostra tecnologia di ricarica rapida funziona con la maggior parte delle batterie ad alta densità energetica e aprirà una nuova possibilità di ridimensionare le batterie dei veicoli elettrici da 150 a 50 kWh senza causare ai conducenti ansia da autonomia", ha affermato Wang, il cui laboratorio ha collaborato con una startup con sede nello State College. EC Power per sviluppare la tecnologia. “Le batterie più piccole e a ricarica più rapida ridurranno drasticamente i costi delle batterie e l’utilizzo di materie prime critiche come il cobalto, la grafite e il litio, consentendo l’adozione di massa di auto elettriche a prezzi accessibili”.

La tecnologia si basa sulla modulazione termica interna, un metodo attivo di controllo della temperatura per richiedere le migliori prestazioni possibili alla batteria, ha spiegato Wang. Le batterie funzionano in modo più efficiente quando sono calde, ma non troppo calde. Mantenere le batterie costantemente alla giusta temperatura è stata una sfida importante per gli ingegneri delle batterie. Storicamente, per regolare la temperatura della batteria, hanno fatto affidamento su sistemi di riscaldamento e raffreddamento esterni e ingombranti, che rispondono lentamente e sprecano molta energia, ha affermato Wang.

Wang e il suo team hanno deciso invece di regolare la temperatura dall’interno della batteria. I ricercatori hanno sviluppato una nuova struttura della batteria che aggiunge un foglio di nichel ultrasottile come quarto componente oltre ad anodo, elettrolita e catodo. Agendo come stimolo, la lamina di nichel autoregola la temperatura e la reattività della batteria, consentendo una ricarica rapida di 10 minuti su quasi tutte le batterie dei veicoli elettrici, ha spiegato Wang.

"Le vere batterie a ricarica rapida avrebbero un impatto immediato", scrivono i ricercatori. “Poiché non ci sono abbastanza minerali grezzi per sostituire ogni automobile con motore a combustione interna con un veicolo elettrico da 150 kWh, la ricarica rapida è fondamentale affinché i veicoli elettrici diventino mainstream”.

Il partner dello studio, EC Power, sta lavorando per produrre e commercializzare la batteria a ricarica rapida per un futuro accessibile e sostenibile dell’elettrificazione dei veicoli, ha affermato Wang.

Gli altri coautori dello studio sono Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge e Yongjun Leng della Penn State e Nathaniel Stanley, Eric Rountree e Brian McCarthy di EC Power.

Il lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, dall'aeronautica americana e dal William E. Diefenderfer Endowment.

Adriana Berard

Ricevi le notizie via e-mail