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Mobilità elettrica<br />
POST COVID-19<br />
NMC Battery technology is based on modular concept<br />
Evolution of modules for higher capacity in next step<br />
Solid-state batteries are second technology path<br />
Combination of high energy density and long lifetime perspective<br />
cathode matrix Li +<br />
anode matrix discharging<br />
load<br />
cathode separator anode<br />
Modular layout<br />
cathode matrix<br />
cathode with Li<br />
cathode<br />
load<br />
Li + Li atom<br />
discharging<br />
anode<br />
New technology<br />
liquid electrolyte<br />
• Anode: Graphite structure<br />
• Cathode: NMC structure<br />
(Nickel-Manganese-Cobalt)<br />
• Ceramic separator & liquid electrolyte<br />
• Established cell chemistry<br />
• Applicable for opportunity and depot charging<br />
• Cooling required<br />
polymer electrolyte = separator<br />
• Anode: Pure Lithium metal<br />
• Cathode: LFP<br />
• No additional separator<br />
• Solid-state polymer electrolyte<br />
• High energy density<br />
• Inherently safe and sustainable cell chemistry<br />
• Approximately 80kW charging power<br />
• No cooling required<br />
• Long lifetime perspective<br />
Battery strategy & evolution I Daniel Vorgerd, Frieda Davey 6<br />
Battery strategy & evolution I Daniel Vorgerd, Frieda Davey 7<br />
Schema di funzionamento delle batterie NMC (Nichel, Manganese, Cobalto) e di quelle a stato solido, prossimamente in uso per l’autobus urbano eCitaro.<br />
Quanto tempo occorrerà aspettare prima di avere un mercato delle<br />
materie prime secondarie?<br />
"Tra otto-dieci anni avremo a disposizione per il riciclo un gran numero<br />
di batterie di veicoli. A quel punto saranno riciclati il cobalto, il nichel,<br />
il rame e successivamente anche il silicio. Siamo già pronti e i processi<br />
sono già stati realizzati, così come anche le opportunità per integrare<br />
le materie prime secondarie nel ciclo produttivo. Attualmente ciò<br />
avviene nelle nostre batterie di prova. La realizzazione di un mercato<br />
funzionante delle materie prime secondarie in Europa è un fenomeno<br />
di grande importanza politica, perché l'Europa praticamente non ha risorse<br />
primarie. Ma ovviamente stiamo facendo il possibile per fare sì<br />
che le batterie durino il più possibile".<br />
Quali materiali vengono usati attualmente per produrre una batteria?<br />
"Con la tecnologia agli ioni di litio la struttura della cella è sempre simile,<br />
tanto nella la batteria di un cellulare quanto in quella di un veicolo elettrico.<br />
Ci sono sempre due lamine in metallo, come rame e alluminio. Tra le lamine<br />
vi sono due poli con il catodo e l'anodo, in mezzo ai quali avviene la<br />
reazione elettrica. Per la reazione è necessario un metallo reattivo, come<br />
appunto il litio. Il principale fattore di costo è la composizione del catodo,<br />
il polo positivo della batteria. È composto infatti da una miscela di nichel,<br />
manganese e cobalto. L'anodo invece è composto da polvere di grafite, litio,<br />
elettroliti e da un separatore".<br />
E per quanto riguarda il silicio, quando entrerà in gioco?<br />
"In futuro, il silicio sostituirà in gran parte la polvere di grafite. In questo<br />
modo potremo aumentare la densità energetica delle batterie del<br />
20-25%. Il silicio ci consente di usare sul lato del catodo materiali che<br />
non sono compatibili con la grafite attualmente in uso. Immaginiamo di<br />
avere due bicchieri. Se desideriamo versare dell'acqua da uno all'altro, il<br />
secondo deve essere almeno della stessa dimensione se non si vuole rovesciare<br />
l'acqua. Allo stesso modo, l'anodo e il catodo devono essere armonizzati<br />
o, come diciamo in gergo, "bilanciati". Tuttavia, il silicio viene<br />
usato anche per migliorare la velocità di carica".<br />
Un aspetto molto importante: spesso il cobalto viene associato a violazioni<br />
dei diritti umani e a danni ambientali in fase di estrazione, in<br />
particolare quando proviene dalla Repubblica Democratica del Congo.<br />
Cosa sta facendo Daimler in merito?<br />
"Abbiamo sviluppato un approccio che mira ad assicurare che i fornitori<br />
a cui ci rivolgiamo soddisfino i nostri requisiti in materia di sostenibilità<br />
e che, così facendo, mira a migliorare la trasparenza nella catena di<br />
approvvigionamento. A tale proposito, abbiamo incaricato un'agenzia di<br />
audit affinché chiarisca e monitori ogni fase della catena di approvvigionamento<br />
del cobalto secondo gli standard OCSE. La mobilità elettrica,<br />
infatti, è veramente sostenibile solo se le materie prime vengono estratte<br />
in condizioni di sostenibilità".<br />
Un'altra strategia che potrebbe essere adottata è quella di sostituire<br />
il cobalto con altri materiali con meno criticità ...<br />
"Stiamo portando avanti delle ricerche in merito. Con l'attuale generazione<br />
di celle di batterie siamo già in grado di ridurre la proporzione di<br />
cobalto nel materiale attivo (nichel, manganese, cobalto, litio) da circa<br />
un terzo a meno del 20%. In laboratorio stiamo attualmente lavorando<br />
con meno del 10% e la percentuale è destinata a calare ancora di più in<br />
futuro. Da un punto di vista chimico sono molte le argomentazioni a favore<br />
di un'eliminazione completa del cobalto. E più riduciamo i materiali<br />
da miscelare, più facile ed efficiente sarà poi il riciclo. Così inoltre si riduce<br />
anche l'energia necessaria per la produzione chimica, perché la miscela<br />
è più facile da produrre".<br />
Cosa sostituirà il cobalto e altri materiali come il litio?<br />
"Vi sono materiali basati principalmente sul manganese: una materia<br />
prima meno problematica da un punto di vista ambientale e più facile da<br />
lavorare. Per il manganese esistono già alcuni ottimi impianti di riciclaggio,<br />
perché viene usato da anni sotto forma di batterie alcaline (batterie<br />
non ricaricabili). L'obiettivo dei ricercatori è quello di rendere ricaricabile<br />
questo tipo di batteria. Prevediamo che la tecnologia sarà pronta<br />
per essere commercializzata entro la seconda metà degli anni '20. Un'altra<br />
alternativa è la batteria litio/zolfo. Lo zolfo è un prodotto di scarto<br />
industriale quasi a costo zero, molto puro e facilmente riciclabile. Presenta<br />
però delle criticità per quanto riguarda la densità energetica, ma<br />
per altro verso ha anche un bilancio ecologico imbattibile. Ad ogni modo<br />
potrebbero essere necessari alcuni anni prima che questa tecnologia<br />
possa essere applicata agli autoveicoli".<br />
Anche il litio è oggetto di critiche. È possibile sostituire questa materia<br />
prima?<br />
"Sì, è possibile. La batteria magnesio-zolfo, ad esempio, non contiene litio.<br />
Nella vita di tutti i giorni, conosciamo bene il magnesio sotto forma<br />
di gesso. Il grande vantaggio è che è largamente disponibile. Le Alpi Sveve,<br />
ad esempio, sono composte interamente da gesso. Tuttavia, la nostra<br />
ricerca è ancora in fase di laboratorio".<br />
Quindi al momento non sembrano esserci alternative alla batteria<br />
agli ioni di litio?<br />
"Ce ne sono, ma limitatamente ad alcune applicazioni. Esistono anche<br />
tecnologie superiori alla batteria agli ioni di litio. Tra queste, la batteria<br />
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settembre-ottobre 2020
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