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Le varie tipologie di batterie allo stato solido

Le tre classi principali per le batterie allo stato solido: sistemi polimerici, agli ossidi e ai solfuri – di CARLO PLATELLA

Sistemi polimerici
Sistemi a ossido
Sistemi ai solfuri

Le batterie allo stato solido sono una delle tecnologie di maggiore interesse per il futuro dell’auto elettrica. Il loro nome deriva dallo stato solido e non più liquido dell’elettrolita, la sostanza che si frappone tra gli elettrodi di ciascuna cella e che rende possibile il trasporto di ioni, fondamentali per quelle reazioni chimiche a cui si deve la generazione di corrente elettrica. Grazie a questa caratteristica le celle allo stato solido offrono notevoli vantaggi, soprattutto in termini di maggiori energie e potenze sprigionate al prezzo di un minore peso e ingombro della batteria stessa. L’ostacolo principale resta la realizzazione di un processo produttivo su larga scala, con altre varie problematiche in base alla tecnologia sviluppata. Le batterie allo stato solido infatti vengono sviluppate con varie composizioni, raggruppabili in tre macrogruppi: sistemi polimerici, agli ossidi e ai solfuri

Sistemi polimerici

Uno degli aspetti più critici della nuova generazione di batterie è l’interfaccia tra l’elettrolita solido e gli elettrodi, con la difficoltà di far aderire perfettamente le due superfici per assicurare la massima mobilità agli ioni attraverso la superficie di scambio. Per migliorare questo aspetto, in alcuni classi di batterie allo stato l’elettrolita presenta dei polimeri al suo interno. Il processo produttivo di questa particolare classe di batterie risulta relativamente agevole, economico e compatibile con i processi manufatturieri attualmente esistenti. L’interfaccia elettrolita-elettrodo inoltre presenta una buona compatibilità, ma non mancano i risvolti negativi. Uno di questi è il ridotto potere anti-ossidante e le alte temperature di esercizio richieste, che ne rendono complessa la gestione a bordo veicolo. La mobilità degli ioni inoltre non è eccelsa e, contrariamente ad altre tecnologie allo stato solido, il rischio incendio non è del tutto assente. Infine, i sistemi polimerici sono quelli con i minori guadagni in termini di densità energetica rispetto alle comuni celle agli ioni di litio a elettrolita liquido.

Sistemi a ossido

Altra classe di batterie allo stato solido è quella a base di ossidi, con un elettrolita in genere di materiale ceramico. Le proprietà meccaniche ed elettrochimiche sono buone e le celle si dimostrano stabili anche in condizioni di ambiente standard. Da un punto di vista della sicurezza, i sistemi a ossido sono migliori di quelli polimerici e le celle vantano un’alta resistenza meccanica, pur risultando allo stesso tempo fragili e poco duttili. Il processo produttivo però richiede elevate temperature di sinterizzazione per fondere la superficie di contatto tra l’elettrolita e gli elettrodi, con conseguenti difficoltà di implementarne una produzione su larga scala.

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Sistemi ai solfuri

Le batterie allo stato solido a base di solfuri sono quelle che complessivamente presentano le caratteristiche più promettenti. La superficie di contatto tra elettrolita ed elettrodi è pulita, con conseguente buona conduttività degli ioni. Le proprietà meccaniche ed elettriche sono buone e il processo produttivo è scalabile con relativa facilità, a patto di rimediare ad alcune controindicazioni. Le celle infatti sono chimicamente instabili e altamente reattive all’acqua e all’aria, motivo per cui durante l’assemblaggio si rende necessaria un’atmosfera a base di gas inerti. Inoltre, durante il funzionamento si generano dei prodotti tossici a base di solfuri, da gestire opportunamente per non arrecare danni alla salute umana.

le varie tipologie di batterie allo stato solido

Il report pubblicato da IDTechEX mostra come la ricerca sulle varie tipologie di batterie allo stato solido sia distribuita tra i tre principali poli industriali del globo: Nord America, Europa e Asia. Cina e Giappone al momento si concentrano con maggiore attenzione sui sistemi a base di solfuri e ossidi, mentre in Europa e Nord America l’attenzione è rivolta soprattutto a ossidi e sistemi polimerici. Al momento però è ancora presto per predire se e quando le batterie allo stato solido si diffonderanno mai sul mercato e soprattutto in quale forma.