Vi sveliamo su cosa stanno lavorando i produttori di batterie!

La Polonia è il secondo produttore di batterie al mondo. Le batterie rappresentano già oltre il 2,4% del nostro valore delle esportazioni. Questo non è sorprendente, poiché il valore di produzione di questo settore nel nostro paese è cresciuto da 1 miliardo di PLN nel 2017 a oltre 38 miliardi di PLN in soli 6 anni. Questo riguarda principalmente le batterie per auto elettriche, ma al momento utilizzano le stesse tecnologie delle batterie per scooter e biciclette. Pertanto, nella pratica, tutti i produttori di batterie oggi affrontano le stesse sfide.

Aumentare la densità energetica della batteria e ridurre il peso

La chiave per lo sviluppo dell’industria delle batterie è aumentare la densità energetica delle celle. Questo parametro può essere spiegato come la capacità di immagazzinare energia per unità di massa. Più è alto, maggiore è la capacità di una batteria a peso costante. Al contrario, le batterie con alta densità energetica possono pesare meno per la stessa prestazione.

La densità energetica è cruciale nelle auto elettriche perché i loro pacchi batterie pesano centinaia di chilogrammi (ad esempio, 480 kg nella Tesla Model 3) e nei camion elettrici possono essere così grandi da limitare il carico utile e la tonnellata. Questo è anche un parametro importante nella costruzione di biciclette e scooter elettrici.

Le batterie per scooter e biciclette elettriche possono pesare fino a 10 kg, il che può rappresentare fino al 40% del peso totale di questi veicoli. Batterie più leggere facilitano il trasporto di dispositivi piccoli, compresi laptop.

La densità energetica delle batterie è aumentata dall’inizio della loro produzione. Le prime celle Li-ion / Li-Poly che sono apparse sul mercato 20 anni fa avevano una densità energetica di circa 120 Wh/kg. I modelli moderni offrono da 250 a 300 Wh/kg e le nuove batterie del produttore cinese CATL offrono fino a 540 Wh/kg. Si stima che le batterie alluminio-zolfo raggiungeranno una densità energetica fino a 1400 Wh/kg. Tuttavia, questa tecnologia è ancora nella fase di test.

Aumentare la durata delle batterie

Aumentare la durata delle batterie ridurrà indirettamente i costi del loro smaltimento, che sono almeno parzialmente inclusi nel prezzo della batteria. Pertanto, più a lungo utilizziamo le celle, più economiche saranno alla fine. Ecco perché aumentare la durata della batteria è una delle sfide per i loro produttori. Dipende dalla tecnologia di produzione delle batterie e dal metodo di utilizzo dell’utente (soprattutto la ricarica). Naturalmente, i produttori non hanno un controllo diretto su quest’ultimo gruppo di fattori, quindi si concentrano sul primo.

Si stima che una batteria al litio standard per scooter elettrici o biciclette abbia una durata di 500 a 1000 cicli di carica. Nella pratica, ciò significa circa 2-3 anni di utilizzo con un uso quotidiano del dispositivo, ma col tempo l’efficienza e la capacità delle celle diminuiscono notevolmente.

Più spesso desideriamo utilizzare dispositivi alimentati a batteria, più importanza attribuiremo alla durata delle loro batterie. Le batterie al fosfato di ferro al litio (LiFePo4) stanno guadagnando popolarità in questo senso, poiché hanno una durata di 3000-5000 cicli. Le più promettenti in questo senso sono ancora le batterie al sodio ancora in fase di prototipo, che dovrebbero avere una durata superiore a 10.000 cicli.

Ridurre i costi di produzione attraverso l’uso di nuove tecnologie

Il prezzo delle batterie influisce anche sulla loro attrattiva e competitività sul mercato, principalmente a causa della concorrenza derivante dal costo dei materiali utilizzati nella produzione. È importante notare che dal 2020 il prezzo del litio è aumentato quasi di dieci volte, raggiungendo un record di $ 80.000 per tonnellata nel 2022. Questo influisce sul prezzo delle celle stesse e sull’energia in esse conservata.

Ad esempio, il costo di 1 kWh nelle moderne batterie al litio-ion è di circa $ 150. L’uso di tecnologie moderne può ridurlo fino a $ 15 per kWh (ad esempio, batterie al litio-aria). La maggior parte delle soluzioni innovative attualmente in fase di ricerca riguarda applicazioni nelle auto elettriche e nei sistemi di accumulo di energia. Tuttavia, è possibile presumere che verranno adottate almeno in parte anche nelle batterie per dispositivi più piccoli.

Sviluppo dell’infrastruttura di ricarica e riduzione dei tempi di ricarica

Non è un segreto che lo sviluppo dell’elettromobilità, specialmente in Polonia, sia ancora ostacolato da un’infrastruttura di ricarica inadeguata. Ci sono ancora troppe poche stazioni di ricarica, specialmente vicino alle autostrade e ai centri cittadini.

Tuttavia, questo settore sta sviluppandosi molto dinamicamente. Secondo il rapporto “Mappa della Mobilità Elettrica”, ci sono già 2885 stazioni di ricarica in Polonia, e decine di altre vengono aggiunte ogni mese.

Uno dei nuovi attori è l’azienda Aster Streams, che prevede di costruire 1000 stazioni di ricarica in Polonia entro la fine del 2026. Sosteniamo la loro iniziativa!

Aumentare la sicurezza delle batterie

È un fatto che lo sviluppo dei veicoli elettrici e di altri dispositivi alimentati a batteria abbia portato a un aumento degli incidenti legati alle batterie. Nel solo 2020 ci sono stati oltre 10.000 casi di guasti alle batterie negli scooter elettrici che hanno provocato incendi. Ad aprile di quest’anno, un incendio causato da una batteria danneggiata di una e-bike negli Stati Uniti ha causato la morte di due bambini. Più dispositivi alimentati a batteria utilizziamo, più tali incidenti si verificheranno statisticamente. Pertanto, una sfida significativa per l’industria delle batterie è aumentare la sicurezza riducendo il rischio di guasti alle batterie.

È ovvio che i produttori di batterie non possono eliminare i casi di danneggiamento delle celle causati dagli utenti o dai loro errori nella conservazione e nella ricarica delle batterie. Tuttavia, possono adottare tecnologie più sicure rispetto alle batterie al litio-ion, come le batterie a stato solido che non contengono solventi organici nell’elettrolita o le batterie LFP che utilizzano una chimica stabile.

Fino a quando le soluzioni innovative non diventeranno comuni, è necessario sforzarsi di migliorare il controllo di qualità delle batterie moderne per eliminare componenti difettosi o errori di assemblaggio. È anche essenziale educare gli utenti di tutti i veicoli alimentati a batteria riguardo al loro uso, alla conservazione e alla ricarica sicuri.

La necessità di una ricerca continua e dello sviluppo dinamico del mercato

Nel contesto delle sfide discusse, c’è un’altra che sostanzialmente comprende tutte le altre. Riguarda la necessità di sviluppare continuamente tecnologie delle batterie cercando nuove soluzioni di progettazione, ma soprattutto materiali innovativi.

Questo è evidente, ad esempio, nello sviluppo della tecnologia Li-ion, in cui l’uso di nuovi materiali come i catodi di litio e ossido di ferro ha consentito un aumento del 100% della densità energetica rispetto alle prime batterie degli anni ’90.

Altrettanto importante è la possibilità di evitare l’uso di materiali problematici come litio, cobalto, rame o nichel. In questo senso, sono degni di nota le batterie al sodio, poiché hanno il potenziale per rivoluzionare il mercato dei veicoli elettrici riducendo i costi di produzione attraverso l’uso di sodio più economico e più facilmente disponibile.

Regolamentazione delle batterie dell’UE e le sue conseguenze

Il 10 luglio 2023, l’UE ha adottato regolamenti sulle batterie e le batterie usate, immediatamente denominati “Regolamento sulle batterie”.

Il Regolamento sulle batterie presenta molte sfide per i produttori di batterie. In particolare, le nuove normative si applicano alle batterie per tutti i dispositivi, non solo ai veicoli ma anche ai telefoni, ai laptop e ai sistemi di accumulo di energia. Inoltre, introduce una nuova categoria nella nomenclatura: “batterie LMT”, che sono batterie per dispositivi di trasporto leggeri come scooter elettrici, monopattini e biciclette.

Tra i principali requisiti del Regolamento sulle batterie c’è la progettazione dei dispositivi in modo che faciliti la sostituzione della batteria. Questo per consentire agli utenti di rimuovere facilmente la batteria, facilitando il riciclaggio. Inoltre, il Regolamento sulle batterie stabilisce anche limiti per la raccolta di batterie portatili usate (fino al 45% nel 2023, al 63% nel 2027 e al 73% nel 2030) e batterie LMT (fino al 51% nel 2028 e al 61% nel 2031).

Il Regolamento sulle batterie mira a fornire un maggiore controllo sull’uso delle batterie, ma soprattutto mira ad aumentare la scala del riciclaggio delle batterie e il recupero di materiali preziosi, l’estrazione dei quali ha un impatto sull’ambiente naturale.

A lungo termine, l’industria delle batterie beneficerà dell’aumento della scala della raccolta e del riciclaggio delle celle. La difficoltà più significativa sembra essere l’obbligo di facilitare la sostituzione della batteria, poiché potrebbe rendere più facile per i concorrenti attirare alcuni clienti.

Riassunto

È facile vedere che le sfide affrontate dai produttori di batterie oggi potrebbero diventare fattori che ostacolano l’espansione dei veicoli elettrici e la popolarità di altri dispositivi elettrici in futuro. Il tempo dirà come i leader dell’industria e le start-up innovative affronteranno questi problemi. Tuttavia, due cose sono certe: il valore del settore della produzione di batterie aumenta di anno in anno, e non sembra esserci fine a questa tendenza.