Il modo di costruire le auto elettriche cambierà

Le case automobilistiche stanno lavorando per mettere le batterie delle auto dentro al loro telaio, rendendo i mezzi elettrici più economici, più spaziosi e in grado di coprire distanze di 1000 km

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Una stazione di ricarica Tesla (NURPHOTO/GETTY IMAGES)

«La batteria ideale dovrebbe essere composta al 100% da materiale attivo. In altre parole, ogni parte del pacco batteria dovrebbe immagazzinare e rilasciare energia», afferma Euan McTurk, elettrochimico di Plug Life Consulting. Questo perché il peso è una delle sfide più grandi per chi progetta veicoli elettrici.

Utilizzare banalmente una batteria più grande e più pesante non è la scelta ideale per aumentare l’autonomia dei veicoli. Un’auto più pesante richiede freni più grandi, freni più grandi richiedono ruote più grandi, l’aumento di peso che ne deriva richiede una struttura d’insieme più imponente. È ciò che i designer di automobili chiamano “spirale del peso”: più grande è la batteria, più peso morto ci si trascina dietro, e questo può azzerare qualsiasi potenziale aumento di autonomia.

Tradizionalmente, i produttori di batterie per veicoli elettrici utilizzano moduli di celle che vengono collegati tra di loro e poi inseriti in pacchi. Secondo Richie Frost, fondatore e Ceo di Sprint Power, società che si occupa di tecnologia per veicoli elettrici, «i moduli standard possono adattarsi bene all’interno di alcuni pacchi, ma lasciare ampie aree di spazio “sprecato“ in altri». Lo spazio sprecato equivale a un peso morto.

Ecco perché Tesla e aziende cinesi come Byd e Contemporary Amperex Technology (Catl) stanno lavorando a progetti che consentano alle batterie di essere distribuite in modo più fitto e funzionale all’interno delle auto, avvicinandosi a quell’ipotetico pacco batteria ideale. Questi nuovi approcci puntano a un cambiamento nella produzione dei veicoli elettrici, a una loro maggiore autonomia e a una riduzione dei costi di produzione. Byd, che ha sede a Shenzhen, ha aperto la strada a quella che viene chiamata tecnologia cell-to-pack, inserendo le celle direttamente nel pacco anziché assemblarle prima in moduli. «Eliminando i vincoli dovuti ai moduli, si può massimizzare il numero di celle collocabili all’interno di qualsiasi contenitore», spiega Frost.

L’azienda cinese è uno dei produttori di veicoli elettrici verticalmente più integrati: produce batterie, componenti per veicoli e le auto stesse. Byd ha anche promosso le batterie al litio ferro fosfato (Lfp), che hanno una migliore stabilità chimica e sono più economiche da produrre rispetto alla maggior parte delle altre tipologie. Il problema è che la densità di energia delle celle Lfp è meno alta di quella delle celle al nichel cobalto manganese (Ncm) utilizzate in veicoli elettrici come la Hyundai Kona Electric, la Jaguar I-Pace e la Volkswagen ID.4. Ma siccome il cell-to-pack consente a Byd di far stare più celle in uno spazio determinato, la sua densità di energia si avvicina comunque agli standard dell’Ncm.

Il più grande rivale di Byd nel settore delle batterie è Catl, che nel 2021 è stato il più grande produttore mondiale di batterie per veicoli elettrici, con una quota di mercato del 33%. Catl guarda al futuro con una tecnologia chiamata cell-to-chassis, in cui la batteria, il telaio e il sottoscocca dei veicoli elettrici sono combinati in un’unica power unit strutturale. Spiega McTurk: «Integrare le celle nel telaio consente loro di diventare multiuso. Le celle per stoccare energia diventano un elemento strutturale di supporto, mentre il telaio, da supporto strutturale, diventa anche una protezione per le celle. Questo annulla efficacemente il peso dei contenitori delle celle».

Questa tecnologia compatterà più celle dentro ogni singolo veicolo elettrico, aumentandone l’autonomia. Catl prevede che permetterà alle auto di serie di raggiungere 1000 chilometri con un’unica ricarica – un miglioramento del 40% rispetto alle tecnologie convenzionali. Inoltre, ridistribuire il volume delle batterie libererà spazio per il design degli interni, dato che i progettisti non avranno più bisogno di sollevare il pianale delle auto per collocarvi sotto una lastra di batterie.

Tesla sta lavorando a una soluzione simile e pensa di iniziare a utilizzarla l’anno prossimo. Il suo approccio prevede lo sviluppo di un nuovo tipo di colla. Normalmente, la colla in un pacco batteria tiene insieme tutti i pezzi e agisce come materiale ignifugo. La nuova colla di Tesla aggiunge una funzione di rinforzo, rendendo portante l’intera batteria. Secondo l’azienda, questa soluzione aiuterebbe a eliminare 370 parti del veicolo, riducendone del 10% il peso complessivo e del 7% per chilowattora il costo della batteria, aumentandone allo stesso tempo l’autonomia.

Secondo la maggior parte dei produttori di veicoli elettrici, le auto di serie con queste nuove tecnologie sono ancora lontane anni. Non la pensa allo stesso modo Leapmotor, startup cinese di veicoli elettrici in rapida crescita, ma relativamente sconosciuta, che afferma che sarà la prima azienda a portare sul mercato un’auto cell-to-chassis. La sua CO1, una berlina, dovrebbe essere messa in vendita entro la fine del 2022 e, secondo Leapmotor, offrirà una maggiore maneggevolezza (spiegabile con una migliore distribuzione del peso nei modelli cell-to-chassis), un’autonomia leggermente più alta e una maggiore sicurezza in caso di collisioni rispetto ai veicoli elettrici con pacchi batteria
convenzionali.

Sebbene una soluzione come la cell-to-chassis sia senza dubbio il prossimo passo per quel che riguarda i veicoli elettrici, non sara però l’unico – è probabile che altre tecnologie, come le batterie allo stato solido e le batterie al sodio, faranno parte del quadro. Inoltre, l’adozione di nuove tecnologie introdurrà inevitabilmente nuovi problemi da risolvere per l’industria del settore. Se le batterie diventano parte integrante della struttura del veicolo, sostituire le celle difettose sarà molto più difficile. Poi c’è la questione di che cosa accadrà quando l’auto verrà rottamata. Attualmente, i moduli possono essere riutilizzati in diverse applicazioni di riciclo, ma McTurk ritiene che le dimensioni più grandi delle nuove batterie
possano limitare il loro utilizzo unicamente a funzioni di stoccaggio per le reti elettriche. Auspicabilmente, la spinta verso un maggior utilizzo delle energie rinnovabili – e la conseguente necessità di stoccare l’elettricità in eccesso – potrebbe trasformare questo limite in un’opportunità.

13/12/2022

fonte: WIRED

https://www.wired.it/article/auto-elettriche-batterie-telaio/