Batterie, il cuore delle auto elettriche

La batteria è proprio quel componente che, a bordo di una vettura elettrica, è in grado di convertire l’energia chimica contenuta al suo interno direttamente in energia elettrica, che viene poi sfruttata dal motore. La conversione avviene attraverso un processo chimico detto di ossido-riduzione. Tale processo è reversibile. Infatti uno dei grandi vantaggi delle auto elettriche è che le batterie possono essere sia scaricate – fornendo energia al motore – che anche ricaricate – recuperando energia che altrimenti andrebbe buttata. Nel linguaggio comune si usa erroneamente il termine “batteria”. È importante notare che l’unità elettrochimica base è invece detta “cella”. Una batteria è composta da un grande numero di celle connesse in serie l’una con l’altra, oppure in parallelo. Tramite il collegamento in serie si aumenta il voltaggio complessivo della batteria, con il collegamento in parallelo si possono sostenere correnti maggiori. Una cella della batteria è composta da due elementi principali, denominati anodo (-) e catodo (+).

Anodo e catodo sono immersi in una sostanza liquida, detta soluzione elettrolitica, che permette alla reazione di ossido-riduzione di avvenire. Una grandezza molto importante per le batterie è la loro capacità. Per capacità si intende la quantità di carica elettrica che può essere immagazzinata nella batteria, sotto specifiche condizioni. Per via delle reazioni chimiche che avvengono all’interno della cella, la capacità della batteria dipende dal modo con cui la andiamo a scaricare, cioè dalla velocità con la quale preleviamo energia. Se una batteria viene scaricata ad ritmo elevato, la sua capacità può risultare minore di quanto ci si aspetti. Si definisce inoltre lo stato di carica della batteria la percentuale di energia che vi è al suo interno. Dal punto di vista pratico le celle delle batterie non vengono mai sfruttate nell’interno range di carica.

La batteria andrebbe utilizzata in uno stato di carica che va dal 15% al 90%, dove le prestazioni ottimali, in termini di voltaggio e corrente emessi, si hanno tra il 30% e l’80%. L’ultimo parametro che definiamo è lo stato di salute. Questa grandezza definisce le attuali condizioni in cui si trova la batteria in confronto alle condizioni ideali. Per esempio, un parametro per valutare lo stato di salute della batteria può essere la sua capacità. Ovvero si confronta l’attuale capacità che ha la batteria con la capacità che aveva quando essa era nuova. Come ben sappiamo grazie ai nostri smartphone, lo stato di salute della batteria diminuisce con il tempo e con l’utilizzo.

Ma qual è il tipo di batteria usato più di frequente nelle auto elettriche?

Nelle auto elettriche, come nella maggior parte dei dispositivi elettronici portatili, si utilizzano batterie agli ioni di litio. Il nome deriva dal fatto che all’interno di queste batterie viene utilizzato un sale a base di litio come soluzione elettrolitica, generalmente il sale elettrolita è esafluorofosfato di litio (formula chimica LiPF 6 ). Questo tipo di batterie è adatto per applicazioni automotive per vari motivi: - hanno un’alta densità energetica (riescono ad immagazzinare molta energia in un peso ed un volume ridotti) - hanno un’alta efficienza energetica - mantengono buone performance anche alle alte temperature - hanno un basso tasso di auto-scarica, ovvero se non utilizzate mantengono egregiamente il livello di carica I problemi principali di questo tipo di batterie sono la produzione e il riciclaggio. L’estrazione dal suolo di materiali quale il litio, il nichel e il cobalto presentano un grande rischio ambientale. Le miniere di litio sono localizzate soltanto in alcuni paesi quali America, Sud Africa, Australia e Cina.

Ricerca e sviluppo sono attualmente all’opera per ridurre i costi relativamente alti ed estendere il tempo di vita utile delle celle agli ioni di litio.