Con l'avvento di ID.3 e ID.4 Volkswagen ha inaugurato una nuova era, quella delle auto elettriche, che nel campo delle vetture sostenibili sono più economiche, sia in termini di acquisto sia di gestione, delle auto a idrogeno. Le batterie elettriche rappresentano il futuro e sarà in questo ambito che nei prossimi anni verranno fatti i maggiori investimenti.
Occorre però prestare massima attenzione all'impatto sull'ambiente. Ecco perché la sfida del futuro passa dalla sostenibilità, ovvero dalla capacità di rendere pulite sia le batterie sia l'energia prodotta al loro interno. Su questi temi punta forte il Gruppo Volkswagen, che tra le parole cardine del proprio vocabolario ha inserito sostenibilità ed emissioni zero.
Indice:
- Batterie auto elettriche: come sono fatte
- Batterie auto elettriche: a che punto siamo oggi
- Produzione batterie auto elettriche: un centro innovativo firmato Volkswagen
- Batterie auto elettriche: il futuro
- Batterie auto elettriche: come sono fatte
Costruire batterie al litio per le auto elettriche è un processo complesso. Per capirlo a fondo è necessario semplificare, considerando tre fasi principali, ognuna delle quali richiede a sua volta vari step:
- la produzione degli elettrodi, in cui le materie prime in polvere vengono mescolate con acqua e solventi per definire le formule dell’anodo e del catodo. Volkswagen utilizza la grafite come ingrediente principale per la produzione dell’anodo, insieme ad additivi leganti e conduttori dell'elettricità; mentre per il catodo usa l'ossido metallico di litio, con additivi leganti e conduttori. Poi si passa al rivestimento e alla formazione della cosiddetta “bobina madre”;
- l’assemblaggio delle celle, che per il Gruppo Volkswagen prevede sette fasi (taglio, essiccazione, allineamento, formazione della pila, asciugatura della pila, saldatura dei poli e saldatura delle “tavolette” sulla linea produttiva). Al termine delle fasi, la pila di elettrodi viene inserita nel suo involucro, precedentemente termo-formato in una linea dedicata. Durante questa fase, le celle vengono riempite con gli elettroliti, per poi essere inserite in un contenitore più grosso, a forma di parallelepipedo;
- il trattamento finale, che si compone a sua volta di varie fasi. Come prima cosa, le celle vengono degassate: durante la produzione si generano dei gas che devono essere eliminati prima della lavorazione finale. A questo punto le celle vengono sigillate, e questo è il passaggio che determina il ciclo di vita della batteria stessa. Il penultimo step può durare fino a tre settimane, e consente di verificare che non ci siano corti circuiti interni attraverso misurazioni costanti della tensione di circuito aperto della cella. Da ultima viene l'ispezione finale, che rileva le proprietà elettrochimiche principali grazie a cui si definiscono capacità, resistenza e perdita di potenza della batteria.
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- Batterie auto elettriche: a che punto siamo oggi
Attualmente nel mondo del mercato automobilistico le batterie più utilizzate sono quelle al litio, efficienti e con una densità energetica superiore a quelle alcaline. Diventa però fondamentale riuscire a garantire la sostenibilità della produzione: l’estrazione dai laghi salati – soprattutto in Cile, Argentina e Bolivia – è ritenuta più complessa rispetto all’estrazione dai giacimenti minerari, considerati più sostenibili.
Nel primo caso, il processo di evaporazione può essere influenzato da elementi come pioggia, neve e contaminanti naturali, e l’impatto sull’ambiente può rivelarsi potenzialmente problematico. Il Paese leader nell’estrazione mineraria è l’Australia, che si contraddistingue per tre fattori: il sistema politico stabile, l’elevata trasparenza e gli ambiziosi standard ambientali.
- Batterie: ultime tecnologie
Ad oggi non c'è ancora un sostituto convincente del litio, ma la situazione non è così critica poiché il nostro mondo ne ospita importanti riserve.
Ci sono diversi modi, però, per rendere le batterie al litio più sostenibili, e molte aziende sono in corsa per renderle anche più performanti.
La prima strada percorsa è quella di ridurre la densità energetica, riducendo le dimensioni, la quantità di litio richiesta e l'uso di componenti rare e costose come il cobalto (un elemento, questo, che sì, ha a che fare con la salvaguardia dei diritti umani). Un'ottima alternativa è il litio-ferro-fosfato, un materiale economico, disponibile in modo sostenibile e non tossico.
Le novità prevedono anche la realizzazione di super-condensatori al grafene, che immagazzinano l'energia in un campo elettrico, invece che trattenerla come potenziale chimico come fanno quelle al litio.
Un altro oggetto di studio sono le batterie allo stato solido, in cui la grafite del polo negativo viene sostituita con il litio metallico, un’opzione che consente di aumentare l’autonomia del 30-40%. Su questa strada ci sono delle questioni aperte, perché il processo di industrializzazione non è ancora iniziato e i costi di tali batterie non sono ancora chiari.
Infine, non va trascurato il riciclo, ossia la possibilità di riutilizzare un gran quantitativo del nichel e del cobalto delle batterie ad alta tensione in nuove celle. Una soluzione che Audi, brand parte del Gruppo Volkswagen, sta già sperimentando.
Il riciclo delle batterie delle auto elettriche è già realtà per il Gruppo Volkswagen.
- Produzione batterie auto elettriche: un centro innovativo firmato Volkswagen
Oggi le batterie al litio continuano a rappresentare la miglior soluzione possibile, pur avendo la necessità di essere ripensate in un'ottica di maggior sostenibilità. Per questo il Gruppo Volkswagen ha fondato a Salzgitter uno dei laboratori più moderni e all'avanguardia per la ricerca e lo sviluppo di celle batteria in Europa dedicate alle automobili elettriche.
Il colosso tedesco investirà nella struttura 70 milioni di euro. Nel centro lavoreranno mille dipendenti, saranno effettuati centinaia di test con 200 diversi metodi di analisi per individuare i segni di invecchiamento delle celle durante i processi di ricarica e scarica, e sarà disponibile anche uno dei pochi microscopi elettronici a scansione del mondo per rilevare il litio.
I laboratori previsti nel centro sono quattro:
- uno dedicato allo sviluppo delle celle per valutare i nuovi materiali e le formulazioni chimiche;
- uno dedicato all'analisi, dove le celle verranno scomposte e testate;
- uno ambientale, per la sicurezza e le prove di resistenza;
- un laboratorio di prova per esaminare le prestazioni, l'invecchiamento e la robustezza sul lungo periodo delle batterie.
- Batterie auto elettriche: il futuro
L'obiettivo nel breve termine per il Gruppo Volkswagen è arrivare ad autonomie di 550 chilometri a prezzi competitivi. Le batterie attuali sono realizzate per durare quanto la vita dell’auto, con una capacità energetica minima garantita di almeno il 70 per cento per otto anni oppure 160mila chilometri. Il gruppo tedesco sta inoltre lavorando per dotare le autostrade europee di una rete di colonnine di ricarica rapida. Attualmente i pacchi batteria di Volkswagen hanno una forma piatta, ma al Power Day di marzo Volkswagen ha presentato la sua strategia futura, destinata a rivoluzionare il mercato: la forma delle celle sarà “unificata” e prismatica, con chimiche diverse a seconda del tipo di veicolo. Un modo che dovrebbe portare a ridurre i costi e aumentare le prestazioni e la sicurezza.
In conclusione, il futuro delle batterie per auto elettriche è ricco di sfide e di grandi opportunità, che ci permetteranno di viaggiare riducendo le emissioni, diminuendo i costi e aumentando le performance.
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