Lunga vita alle batterie al litio

Le alternative alle batterie al litio non mancano, a partire dalle tecnologie allo stato solido. Per una vera transizione però, serviranno ancora diversi anni, mentre la domanda di accumulo non può aspettare

L’attenzione nei confronti delle batterie e dei sistemi di accumulo dell’energia a tutti i livelli non è mai stata così alta come negli ultimi tempi e, in parallelo, i risultati della ricerca non sono mai stati altrettanto significativi. Da qui a ipotizzare una rapida transizione però, la strada è ancora lunga. I problemi da superare su tutti i fronti infatti non mancano. Che si parli della produzione di energia da fonti rinnovabili o dei relativi sistemi di accumulo, i risultati concreti su larga scala difficilmente arriveranno prima del 2030.

Nel frattempo, però, è già possibile cogliere alcuni segnali interessanti, anche sul lato dell’utente finale. Per esempio, la rapida diffusione delle power station favorita da una discesa dei prezzi ancora più veloce di quanto ci si potesse aspettare. Un discorso simile, sul fronte della produzione, è quanto si sta verificando per i pannelli solari, il cui costo sta diventando ormai quasi trascurabile nel contesto di un sistema completo. Diverso invece è il discorso sul fronte delle batterie allo stato solido dove, nonostante i rapidi progressi della ricerca, gli ostacoli da superare restano ancora tanti.

Uno scenario in cui al momento tutto gioca a favore delle soluzioni in cui il protagonista di punta resta il litio. Un materiale tanto utile questo, sul fronte della resa e dell’affidabilità, quanto discutibile sul fronte della catena di approvvigionamento; un materiale che, di fatto, sembra destinato a dominare la scena ancora per alcuni anni.

Litio e accumulo, un binomio vincente Made in Cina

Il binomio accumulo e litio è uno degli elementi emersi da una recente analisi di EnergyTrend, dove il dato più importante da cui partire sono i 45 GW di capacità di accumulo installati nel corso del 2023. Aspetto da sottolineare, ma non necessariamente rassicurante, è che praticamente la metà dell’intera capacità di accumulo, cioè 22,6 GW si trova in Cina, tendenza questa destinata a durare ancora almeno un paio di anni. Le stime della società di ricerche di Taiwan indicano infatti per il 2025 un intervallo a livello globale compreso tra i 67 GW e i 69 GW su scala globale e tra i 31 GW e i 35 GW per quanto riguarda la Cina.

Si tratta di una situazione favorevole a una tecnologia di accumulo consolidata e affidabile come le batterie al litio. In particolare, alla normale evoluzione del problema si è di recente aggiunto un calo significativo nei prezzi delle materie prime. Tanto per capirci, se nel corso dell’intero 2023 il costo per due ore di accumulo è stato calcolato da EnergyTrend in 0,15 dollari al Wh, in dicembre si è scesi fino a 0,11 dollari per Wh, tendenza questa destinata a durare ancora diverso tempo. Il fatto è che comunque, a oggi, le tecnologie al litio dominano praticamente incontrastate sul mercato dell’accumulo di energia. Si parla infatti di una quota del 99%.

Su tutto ciò, a guadagnarci prima di tutto è naturalmente la Cina. Limitando l’analisi agli aspetti di strategia e innovazione e trascurando quelli sociali e politici, si tratta sicuramente di un esempio di lungimiranza da parte cinese. Il divario con Europa e l’Occidente più in generale a questo punto è ancora più difficile a colmare.

La buona notizia è che le ripercussioni sull’ambiente saranno comunque positive. A prescindere da chi produrrà, distribuirà e gestirà i sistemi di accumulo, EnergyTrend non ha dubbi sul come la produzione di energia elettrica per via rinnovabili possa effettivamente sostituire quella legata alle fonti fossili. Anche se il contributo di soluzioni alternative nei prossimi anni aumenterà, nel 2030 le batterie al litio conserveranno comunque e sempre almeno il 75% del mercato.

Tra le questioni che le alternative saranno chiamate ad affrontare, non si parla solo di maggiore densità, affidabilità e sicurezza. Uno dei problemi maggiori per le batterie al litio è di dover rientrare in un intervallo di temperatura piuttosto ristretto per poter operare al meglio. Dove necessario, servono quindi opportuni sistemi di raffreddamento o riscaldamento, con relativo impatto su costi di produzione e di esercizio.

Le batterie allo stato solido saranno quasi certamente il futuro dell’energia. Si dovrà però aspettare ancora alcuni anni. Nel frattempo, il mercato resta saldamente nelle mani delle soluzioni al litio

Batterie allo stato solido, alternativa ma non subito

Una delle soluzioni attualmente più discusse sono le batterie allo stato solido. Per quanto si tratti di una strada molto promettente e già a un buono stadio di sviluppo, è ancora relativamente lontana dal poter affrontare un confronto diretto con il litio.

L’avvertimento arriva da una figura di primo piano in materia. Ne ha parlato infatti l’ex direttore tecnico CATL, tra i protagonisti in assoluto del settore, Bob Galyen, in occasione di un’intervista pubblicata da IEEE Spectrum [https://spectrum.ieee.org/solid-state-battery-production-challenges].

La notizia – tutto sommato buona – è come l’evoluzione sia effettivamente a buon punto. Infatti, non mancano al riguardo diverse dichiarazioni, tra cui quella di Volkswagen, di aver superato test fino a mille cicli di ricarica senza accusare particolari problemi.

La questione, per certi versi molto più delicata, riguarda invece le certificazioni. Non si parla infatti solo degli aspetti burocratici, per definizione lunghi e complessi; quello di cui finora si è parlato poco o niente è come in realtà il riferimento sia stato sempre quello ai test di laboratorio. Mancano quindi ancora riscontri diretti sul campo, con prove abbastanza lunghe e articolate da far emergere tutti i potenziali problemi di una produzione e un utilizzo di massa. Sicuramente, l’ampiezza e la portata della ricerca attuale restano promettenti, tuttavia difficilmente ci si può aspettare risultati concreti prima del 2030.

Guardando all’evoluzione degli ultimi anni, lo spazio temporale fra oggi e il 2030 può sembrare un tempo ancora lungo. Ragionando invece in un contesto più generale, considerando la portata della questione, sicuramente si tratta di una stima decisamente ragionevole e nel frattempo i ricercatori non si lasciano certo scoraggiare.

Il passo in avanti della ricerca per il superamento del litio: ION Storage

Un’ottima dimostrazione di ricerca accurata è quella di ION Storage, che fa registrare un nuovo passo avanti. L’idea è superare i problemi legati al costo e soprattutto alla sicurezza delle batterie al litio, o comunque costituite da materiale liquido.

In questo caso l’idea è di inserire l’anodo all’interno del separatore, limitando tra l’altro la formazione di dentriti, potenziale fonte di problemi di stabilità. Inoltre, in questo modo si punta a risolvere un altro aspetto delicato, quello relativo alla dilatazione e alla successiva compressione degli elementi interni a una batteria durante l’esercizio.

ION Storage sta mettendo a punto una soluzione sfruttando un materiale ceramico, all’interno del quale gli ioni di litio in forma metallica si creano dei percorsi per mettere in comunicazione i due poli. Secondo le dichiarazioni, la soluzione è in grado di aumentare in modo significativo la densità, ma soprattutto la stabilità, con maggiore versatilità sul materiale utilizzato per il catodo. Ciò permette anche di superare un altro aspetto delicato per le batterie allo stato solido. Attualmente, infatti, lo spessore dell’anodo in litio metallico aumenta in fase di carica e si comprime durante la scarica. Le soluzioni non mancano, ma attualmente sono ancora abbastanza complesse, e soprattutto costose, tali da frenare una potenziale diffusione.

In favore del progetto ION Storage, di recente l’architettura ha superato un test su 125 cicli completi di carica e di utilizzo per conto del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, mantenendo una capacità del 95%.

Europa chiamata a inseguire

È uno scenario questo in cui emerge anche un dato preoccupante. Si parla moltissimo di Cina, si sente parlare spesso anche di USA, ma quando si parla di innovazione sul fronte dell’energia l’Europa resta ancora in disparte, almeno come fonte di innovazione. Questo è quanto è emerso anche in Italia, in occasione di Key Energy, il principale evento locale del settore.

Nella circostanza, infatti, è apparso chiaro il divario soprattutto con l’Asia sul fronte della produzione, sia per quanto riguarda i sempre più richiesti pannelli fotovoltaici sia per le batterie. È però emersa un’altra tendenza interessante, quella relativa alle soluzioni più complete.

Dietro i costi all’apparenza sempre più abbordabili dei pannelli solari, non tutti tengono in considerazione la spesa per la relativa elettronica complementare, a partire da un inverter, e soprattutto di un sistema per la gestione dell’energia, vale a dire il sistema di accumulo.

Fermo restando la possibilità di rivendere la produzione in eccesso a un fornitore di energia o la presenza di incentivi, al momento dal punto di vista economico un sistema completo di gestione dell’energia solare difficilmente risulta economicamente sostenibile. L’alternativa al momento restano soluzioni integrate, il cui mercato inizia invece ad assumere dimensioni interessanti.

Un segnale importante arriva dall’interesse manifestato dai marchi meno specializzati ma più noti, indice di una possibile maggiore apertura al mondo consumer. A partire da LG Electronics, il cui varo di una divisione dedicata punterà sull’espansione dell’offerta in ambito domestico ESS HOME, nell’intento di arrivare a un sistema di produzione, sfruttamento e stoccaggio dell’energia, da gestire anche via app attraverso ThinQ.

Al momento però, la maggiore attenzione dell’utente finale non aziendale resta rivolta alle power station. La rapida discesa dei prezzi combinata a un allargamento dell’offerta gioca in favore di una rapida diffusione. Se sul fronte del tanto pubblicizzato marchio Bluetti la strada è quella di un allargamento ella possibilità di scelta tra soluzioni differenziate soprattutto per capacità, nomi come Ecoflow puntano già anche sugli accessori a corredo. Tra i più recenti, un display da incasso per una gestione ottimale dell’energia autoprodotta e l’utilizzo di prese smart per variare l’erogazione della batteria.

Queste ultime evoluzioni aprono però un altro fronte molto importante, dal quale finora gli apparati per gestire l’energia elettrica sembravano estranei. Soluzioni di controllo e gestione remota dell’energia devono inevitabilmente appoggiarsi a Internet. Di conseguenza, diventano obiettivi di potenziali attacchi, e anche piuttosto strategici.

La maggior parte dell’offerta resta in mano a produttori cinesi, dove inevitabilmente si trovano anche i rispettivi server cloud. È facile a questo punto intuire la delicatezza della questione, sia per la possibilità di controllare grandi quantità di dati sulle reti elettriche straniere sia per la diversa regolamentazione in tema di sicurezza IT e di privacy.