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Auto elettriche: ecco i segreti delle batterie

25.2.2019
Auto elettriche: ecco i segreti delle batterie

La mobilità a zero emissioni richiede un approccio tecnico completamente diverso. Al cuore della tecnologia non c’è più il propulsore ma il pacco batterie, che determina parametri importanti come autonomia, guidabilità e comfort.

La tecnologia delle batterie si è evoluta notevolmente negli anni: dagli esordi con gli accumulatori al piombo-acido, alla soluzione intermedia del nichel metallo idruro (NiMH) utilizzato per i primi modelli ibridi, alle attuali batterie agli ioni di litio, che hanno trovato ampia diffusione su dispositivi elettronici come smartphone, tablet, pc prima di approdare al mondo dell’auto.

Le batterie al litio

I requisiti ideali di una batteria sono noti: elevata autonomia, costi contenuti, lunga durata, fruibilità quotidiana e tempistiche di ricarica ridotte. Per rispondere a queste esigenze, il Gruppo Volkswagen utilizza la tecnologia agli ioni di litio e ha sviluppato una piattaforma modulare specifica per i veicoli a trazione completamente elettrica, la MEB, che è al centro del progetto “Electric for all”. Il primo modello costruito su base MEB sarà la Volkswagen ID.

In questo caso la batteria è posizionata nel pianale del veicolo, occupa meno spazio e abbassa notevolmente il baricentro, consentendo una distribuzione ottimale dei pesi – caratteristiche che si traducono in un comportamento di marcia dinamico ed equilibrato e in un elevato comfort a bordo.

Come sono fatte

Ogni batteria è composta da celle più piccole collegate tra loro, con una disposizione che richiama una tavoletta di cioccolato. Si possono utilizzare tipi di celle sia con struttura “pouch” (a sacchetto) che con struttura “prismatica”. Le due caratteristiche principali delle celle sono il contenuto energetico e la densità energetica, ovvero il rapporto tra potenza e dimensioni.

La struttura, nel caso delle batterie MEB, è relativamente semplice: il livello inferiore, quello più vicino alla strada, è costituito dall'involucro di alluminio che protegge gli accumulatori e ne garantisce la sicurezza anche in caso di urto. Qui si trovano anche il sistema di raffreddamento - che mantiene il litio nella scala di temperature ottimali, tra i 25 e i 45° C - e i componenti per la connessione sia della corrente ad alto voltaggio, per la propulsione, sia di quella a basso voltaggio, per i servizi ausiliari. Nell'involucro sono inseriti i moduli cella, che sono divisi in senso longitudinale dalle varie unità di controllo e di monitoraggio delle celle stesse. I moduli sono collegati in rete attraverso appositi connettori. La parte superiore dell'involucro, infine, è quella che si può rimuovere per effettuare un’eventuale manutenzione.

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Come funzionano

Ogni cella è composta a sua volta da un anodo (carbonio, foglio in rame), un separatore (foglio poroso di poliolefine rivestito in ceramica), un catodo (ossido metallico di litio, foglio di alluminio) e un elettrolita (solvente organico, sale conduttore di litio e additivi). Durante la ricarica gli ioni di litio si spostano dal catodo all'anodo e lì vengono stoccati. L'energia elettrica fornita dalla rete viene convertita in energia chimica. Gli elettroni fluiscono attraverso il circuito, gli ioni di litio attraverso il separatore. Nel processo di scarica gli ioni di litio tornano al catodo. In tal modo l'energia chimica viene riconvertita in energia elettrica. In questo caso gli elettroni fluiscono attraverso il circuito e gli ioni di litio attraverso il separatore in direzione invertita.

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Autonomia e velocità di ricarica

Come detto, il sistema MEB è modulare: una soluzione che consente un’elevata flessibilità sul fronte dei livelli di potenza e, quindi di autonomia. Per la ID., per esempio, sono previste diverse configurazioni che garantiscono un’autonomia che va da 330 a oltre 550 km secondo lo standard WLTP. Un altro parametro importante è quello relativo alla potenza di ricarica: la batteria della ID. potrà assorbire fino a 125 kW, il che significa che in presenza di infrastrutture di ricarica rapida si accorceranno notevolmente i tempi per fare un “pieno” e si ridurrà il numero di soste necessarie.

Il futuro è “solido”

Il prossimo step evolutivo per gli accumulatori saranno le cosiddette batterie allo stato solido, che sono attualmente in fase di sviluppo e arriveranno nella produzione in serie più avanti. La loro caratteristica principale è l'essere basate su elettroliti solidi (solidi inorganici cristallini e policristallini, materiali polimerici e compositi e altro ancora) che garantiscono una capacità e una densità energetica più elevate, oltre a poter lavorare a temperature più alte. Queste peculiarità renderanno possibile diminuire i tempi di ricarica e anche aumentare la quantità di energia stoccata, con conseguenti autonomie maggiori.

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