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EO POWER/AUTOMOTIVE - MAGGIO 2025 XIV Power/Automotive Batterie a stato solido: sempre più al centro dell’attenzione Il crescente interesse verso le batterie a stato solido è in par- te dovuto ad alcune carenze evidenziate dalle attuali batte- rie ricaricabili utilizzate in un’ampia gamma di applicazioni, tra cui telefonimobili, laptop e veicoli elettrici. Le tecnologie come quella delle batterie a ioni di litio, anche se hanno fat- to registrare rapidi progressi negli ultimi anni, presentano ancora alcuni limiti. Tra gli svantaggi più significativi si possono annoverare il peso e la capacità. Nei veicoli elettrici, tali limiti danno ori- gini alla cosiddetta “ansia da autonomia”, mentre nel caso dei dispositivi consumer portatili si traducono in un designi più ingombrante e in maggiori disagi per quel che riguarda la ricarica. Oltre al peso e alla capacità, anche la sicurezza rappresen- ta un problema. L’elettrolita liquido che contiene gli ioni di litio è altamente volatile e infiammabile, con conseguenti possibili rischi di incendio o esplosione, soprattutto nel caso venga esposto a elevate temperature. Per questomotivo è necessario ricercare alternative alle cel- le a elettrolita liquido ingrado di assicuraremaggiori densità di energia emisure di sicurezza più efficaci. In tale contesto, le batterie a stato solido si stanno affacciando alla ribalta. Le differenze fondamentali nella chimica di base si traducono in notevoli vantaggi in diverse aree chiave, a patto di riu- scire a risolvere problematiche tecniche di notevole entità. Chimica delle batterie a stato solido: concetti fondamentali Una tipica cella a ioni di litio prevede due elettrodi solidi - il catodo e l’ano- do - oltre a un elemento separatore che agisce come una barriera meccanica e all’elettrolita liquido a ioni di litio. In una batteria a stato solido, invece, un substrato polimerico o ceramico svolge il ruolo sia di separatore sia di elettro- lita, separando in modo efficace il ca- todo e l’anodo, solitamente formato da litio puro (figura 1). Le batterie a stato solido possono uti- lizzare diversi tipi di elettroliti solidi, ciascuno dei quali caratterizzato da proprietà specifiche. Gli elettroliti ce- ramici, ad esempio, assicurano un’e- levata conduttività ionica e un’ottima stabilità termica, mentre gli elettroliti a base di solfuri garantiscono flessi- bilità e un migliore movimento degli ioni. L’utilizzo di elettroliti solidi non infiammabili al posto degli elettroliti liquidi infiammabili nelle batterie a ioni di litio contri- buisce a prevenire rischi come la fuga termica (thermal runaway) e la perdita di elettrolita. Il diverso tipo di realizzazione, abbinato all’integrazio- ne di un anodo di litio puro, consente di ottenere densità di energia notevolmente superiori. Le celle a stato solido potrebbero raggiungere livelli di densità di energia pari a 11 kWh/kg, anche se nel breve periodo un valore che è possibile ottenere in pratica è di circa 1 kWh/kg. Que- sto valore supera le capacità delle celle attuali e potrebbe comportare una riduzione del peso fino al 30% a parità di capacità [2] . Batterie a stato solido: le possibili applicazioni Per i progettisti, evoluzioni tecniche di questa portata potrebbero avere un impatto significativo. Nelle appli- cazioni automotive, ad esempio, l’aumento della densità di energia del pacco batterie può consentire ai progettisti di veicoli di ridurre le dimensioni complessive del pacco, aumentare il carico utile del veicolo, oppure contribuire a incrementarne l’autonomia. Per gli operatori commer- ciali e i proprietari di autovetture private, i vantaggi in termini di costi o prestazioni potrebbero essere tali da giustificare il passaggio dalle tradizionali autovetture con motore a combustione interna ai veicoli elettrici (EV). Le batterie allo stato solido potrebbero essere utilizzate anche come fonte di energia per prodotti elettronici con- Fig. 1 - Un confronto tra batterie a ioni di litio e a stato solido. (Fonte: AllahFoto/stock. adobe.com )