Come sono fatte le batterie al litio: il componente più importante delle auto elettriche

Gli accumulatori ricaricabili agli ioni di litio vengono ormai da anni comunemente usati per l’elettronica portatile, ma anche per applicazioni industriali e ovviamente sui veicoli elettrici. In questo articolo ci occuperemo di spiegarvi come funziona la batteria auto al litio.

Batterie al litio: breve storia

La prima batteria ricaricabile al litio è stata inventata negli anni ’70 dal chimico britannico M. Stanley Whittingham della Exxon, ma servirono altri 20 anni di sviluppo per renderla sicura e utilizzabile nella produzione di massa.

Il potenziale di questo sistema era immenso: ecco perché la prima versione commerciale dell’accumulatore al litio fu creata dalla Sony nel 1991, dopo una ricerca del team diretto da John B. Goodenough.

Solo nel febbraio 2005 la statunitense Altair NanoTechnology annunciò un materiale per elettrodi di accumulatori al litio con dimensioni nanoscopiche: il primo prototipo aveva 3 volte la potenza delle normali batterie e poteva essere caricato in 6 minuti.

La commercializzazione funzionò, e dall’elettronica si passò al mondo automobilistico, con l’utilizzo degli accumulatori sui veicoli: la Tesla Roadster fu la prima auto di produzione a montare batterie con celle agli ioni di litio.

Ma come funzionano le “anime” delle moderne auto elettriche?

Come funzionano le batterie delle auto elettriche al litio

Chimicamente parlando, gli accumulatori al litio sono formati da un composto di litio sul catodo e grafite o titanato di litio sull’anodo, e possono avere praticamente qualsiasi forma e dimensione, adattandosi così efficientemente gli spazi disponibili nei dispositivi che li ospitano.

Un altro aspetto che ne ha accelerato la diffusione è la loro leggerezza, maggiore rispetto agli equivalenti fabbricati con altri componenti chimici.

Le batterie agli ioni di litio hanno un’alta densità di energia, poco effetto memoria e bassa autoscarica, ma come altri tipi di accumulatori soffrono di una lenta perdita permanente di capacità.

Ecco perché la loro vita media è generalmente definita con il numero di cicli carica-scarica completi; non dimenticate però che l’accumulatore presenta un degrado progressivo anche quando è inutilizzato, e la sua conservazione (e quindi la durata) è influenzata da fattori come temperatura e stato di carica.

Batterie al litio: tipologie e usi sulle auto

Le batterie al litio non sono tutte uguali, e ne esistono varie tipologie:

• LCO all’ossido di cobalto (LiCoO2)
• LMO all’ossido di manganese (LiMn2O4)
• NMC all’ossido di Nickel Manganese Cobalto
• LFP al fosfato di ferro (LiFePO4)
• LTO al titanato di litio (Li2TiO3)

Gli accumulatori del tipo LMO NMC sono diffusi su molte auto elettriche, come ad esempio BMW i3 e Nissan Leaf, coniugando elevate correnti in accelerazione (LMO, circa il 30%) e maggiore autonomia (NMC).

Anche la Nickel Manganese Cobalto (LiNiMnCoO2 – NMC) è molto diffusa sulle auto elettriche, forse ancor di più della suddetta tipologia: un esempio della sua applicazione è la ZOE, dotata di batteria da 41 kWh. In questo caso il catodo in nickel, manganese e cobalto permette di ottimizzare la batteria fornendo la massima energia o la massima potenza, con vantaggi sia elettrici che strutturali.

Batterie a litio: piccoli difetti

Ricordate che tutti gli accumulatori al litio sono però potenzialmente pericolosi, in quanto contengono un elettrolita infiammabile: sono dunque batterie delicate e sensibili a danni più o meno gravi, che possono comportare vere esplosioni, come già capitato sulle Tesla.

Il problema è noto da sempre: tra i rimedi contro la sensibilità degli accumulatori agli ioni di litio c’è stata, a fine 2009, l’aggiunta di reagenti specifici capaci di bloccare la reazione chimica nel caso in cui la batteria raggiungesse i 130 °C, evitandone così l’esplosione.

Anche Apple ha pensato a una soluzione introducendo uno schema di batteria dotato di rivestimento con sacche e punti deboli utili all’evacuazione dei vapori prodotti nel cortocircuito.

E per le auto? Le soluzioni si stanno evolvendo di pari passo alla diffusione crescente delle vetture green.