Nuove batterie di grafene allo stato solido che raddoppiano la potenza

TeraWatt a un passo dalla super batteria che raddoppia la potenza. Una start up californiana fondata nel 2017, TeraWatt Technlogy , ha appena annunciato di aver realizzato il prototipo di una nuova cella batteria a stato solido capace di aumentare di oltre il 50% le prestazioni delle tradizionali batterie agli ioni di litio con elettrolita liquido.

Più energia, meno peso e meno spazio

Le nuove celle sono state battezzate Tera 3.0 e saranno disponibili per l’industria automobilistica dal 2021. In una serie di test validati da enti terzi, compreso il laboratorio giapponese Tokio System, le nuove celle, in formato piatto anziché cilindrico, hanno dimostrato di poter raggiungere una densità energetica di 432 Wh per chilo e 1122 Wh per litro. Insomma, più potenza in minor spazio e minor peso.Per un confronto, le 2.170 celle utilizzate nel pacco batterie della Tesla Model 3 hanno una densità energetica di 247 Wh per chilo e 700 Wh per litro. Ma TeraWatt, prima di mettere il suo prodotto sul mercato, si è posta l’obiettivo di raggiungere una densità energetica di 450 Wh per chilo e 1.300 Wh per litro. Si tratterebbe così di implementare le prestazioni delle auto elettriche del 60% in rapporto al volume e del 70% in rapporto al peso.  Ma non solo: la tecnologia di TeraWatt, forte di 80 brevetti, potrebbe essere applicata anche a computer, smartphone e droni. In una seconda fase l’azienda californiana pensa di poter raggiungere una densità di 500 Wh per chilo e 1.450 Wh per litro.

Le celle TeraWatt a stato solido

Le batterie a stato solido si differenziano da quelle tradizionali perché l’elettrolita liquido che consente di trasportare la carica tra i due elettrodi viene sostituito con uno solido (sali minerali, materiali ceramici o vetrosi). Non sono una novità, anzi. Si studiano da tempo poiché i vantaggi teorici sono numerosi. Hanno una densità energetica più elevata, sono più facili da industrializzare con costi delle materie prime analoghi alle batterie tradizionali, possono avere una vita più lunga e si possono ricaricare più velocemente. Inoltre sono più sicure poiché eliminano il problema del surriscaldamento e il conseguente rischio di esplosione.

Il tallone d’Achille? I dendriti

Il loro punto debole è la formazione di dendriti di litio sulla superfice dell’anodo, una sorta di aculei capaci di perforare l’elettrolita fino a raggiungere il catodo provocando un cortocircuito. E’ un problema che di solito impone di limitare la corrente di carica. Sulle soluzioni adottate per risolvere questo problema TeraWatt non ha fornito dettagli. Il mondo scientifico ha ipotizzato diverse soluzioni, tutte però molto costose. Tra queste anche l’uso del grafene al posto del litio.

NIO ci prova assieme a ProLogium

TeraWatt non è la sola azienda a puntare su questa tecnologia. Recentemente anche la taiwanese ProLogium ha siglato un accordo con la casa automobilistica NIO per sviluppare nuove batterie auto a stato solido. Per l’ingegner ChenDong Huang, vicepresidente di NIO le batterie a stato solido «diventeranno presto uno standard diffuso e noi di NIO vogliamo farci trovare pronti di fronte alle sfide del futuro». Nel caso di ProLogium l’innovazione consiste soprattutto nell’assemblaggio. Si basa cioè su un approccio nuovo alla costruzione delle batterie allo stato solido. «Se le batterie allo stato solido fossero assemblate come si fa con quelle tradizionali _ commenta l’azienda di Taiwan _, si otterrebbe lo stesso risultato che si ottiene mettendo un aquila dentro una gabbietta per uccellini».

Per questo si è lavorato su un packaging completamente diverso, più adatto alle batterie allo stato solido, ma altrettanto efficace in termini di affidabilità e sicurezza. Nello specifico, gli elettrodi sono impilati direttamente attraverso una batteria bipolare con una connessione parallela e in serie. Inoltre, i pacchi batteria sono dotati di impianto di raffreddamento a livello delle singole celle in modo da risparmiare spazio e componenti, migliorando l’efficienza.

E Toyota con Panasonic

Anche in Giappone si batte la strada dell’elettrolita solido, come dimostra l’accordo fra Toyota e Panasonic. Due aziende già legate per le batterie dei sistemi ibridi  e che ora estenderanno la partnership ai dispositivi al litio con elettrolita allo stato solido. La Casa di Nagoya vorrebbe utilizzarle già per il debutto della prima auto 100% elettrica marchiata Toyota lancerà con l’architettura sviluppata insieme a Mazda e Denso.

La scommessa di James Dyson

Sugli accumulatori allo stato solido lavorano anche case tradizionali come Bmw e Bosch.  E l’outsider James Dyson vuole passare dagli elettrodomestici alle auto proprio cavalcando la nuove tecnologia delle batterie a stato solido. Per questo ha investito 15 milioni di dollari in Sakti3, spin-off dell’Università del Michigan, attiva proprio nellq batterie a elettrolita solido.