Come è ormai noto da tempo, in condizioni di clima gelido le batterie per EV tendono a perdere non poca della loro capacità. Un problema che in molti stanno provando a risolvere, proprio alla luce delle limitazioni che il freddo può imporre ai veicoli a zero emissioni. Se, infatti, un’auto elettrica impiega una ventina di minuti per caricarsi con un caricabatterie DC nel corso dell’estate, con il calo della colonnina di mercurio la situazione si fa abbastanza differente, imponendo attese pari a diversi minuti aggiuntivi. Una perdita di tempo che si rivela importante anche nella percezione dell’opinione pubblica verso la mobilità sostenibile. Molti conducenti che pure sarebbero interessati, infatti, sono spinti ancora oggi a dichiarare il proprio forfait di fronte all’ipotesi di acquistare EV. In particolare, quelli che risiedono in regioni caratterizzate da condizioni climatiche polari, o quasi.
L’elettrodo che potrebbe risolvere il problema
Di fronte al problema rappresentato dal freddo per le batterie dedicate agli EV, molti ricercatori stanno lavorando alacremente, nel tentativo di dare risposte tese ad eliminarlo. E quelli della Michigan University sembrano essere più avanti di altri, in tal senso.
A testimoniarlo uno studio che è stato pubblicato sulla rivista scientifica Joule, nel quale si afferma che uno speciale tipo di elettrodo sarebbe in grado di aiutare una batteria EV a resistere a temperature estreme. Riuscendo per questa via a preservarne l’autonomia e le prestazioni di carica.
Il materiale della batteria è stato sviluppato dagli scienziati dell’ateneo statunitense e da Arbor Battery Innovations, una società dedita alla ricerca sulle batterie. Stando a quanto affermato dagli interessati, la batteria prodotta sarebbe in grado di caricarsi in una decina di minuti a -10 gradi Celsius (14 gradi F). Da sottolineare anche che dopo 100 cicli, la sua degradazione è stata apparentemente minima.
Come andare oltre precondizionamento e pompe di calore
Perché il gelo costituisce un problema per le batterie che alimentano le auto elettriche? Il motivo è da ricercare nel fatto che quando la temperatura scende a livelli proibitivi, il movimento degli elettroni nella batteria del veicolo elettrico va a rallentare rapidamente. Il risultato di tutto ciò si tramuta nella riduzione dell’autonomia di guida e nella diminuzione della velocità di ricarica.
Al momento, per cercare di mitigare questi fenomeni, i veicoli elettrici sono soliti far ricorso al precondizionamento della batteria e alle pompe di calore. Un modus operandi il quale, però, non è in grado di rendere la batteria impermeabile, andando in pratica soltanto a ridurre per quanto possibile l’impatto delle condizioni meteorologiche estreme. Da parte loro, i produttori di batterie ricorrono di solito all’ispessimento dell’anodo, in maniera tale da renderlo più resistente alla temperatura.
I ricercatori della Michigan University, però hanno affermato una tesi leggermente diversa. Ovvero che il litio non si muove necessariamente in maniera libera all’interno di anodi più spessi e può persino essere causa di una carica più lenta e prestazioni ridotte. E per risolvere il problema hanno deciso di sparare con un laser nella grafite utilizzata negli anodi, spingendo in tal modo gli ioni a depositarsi in maniera più rapida. Un procedimento il quale, però, ha anche causato delle difficoltà. Le velocità di carica iper-veloci, infatti possono causare la placcatura al litio, in quanto questo materiale va ad accumularsi sulla superficie dell’anodo invece di essere assorbito in maniera corretta e fornire energia significativa.
La soluzione è in un materiale vetroso
L’assunto da cui sino partiti i ricercatori, quindi, è che la placcatura non solo riduce le prestazioni della batteria, ma rallenta la velocità di carica e crea persino rischi per la sicurezza, in particolare sotto forma di cortocircuiti. E per riuscire a impedire il fenomeno, hanno rivestito la batteria con un materiale vetroso realizzato con borato di litio-carbonato, spesso circa 20 nanometri. Per effetto di questo procedimento, le celle si caricano a una velocità di 6C, il che significa che una carica completa richiedeva solo 10 minuti in un clima sotto zero. Per capire meglio, occorre ricordare che a una velocità di 1C, una batteria necessita di circa un’ora di tempo per ricaricarsi.
La tecnica così congegnata può essere adottata anche senza apportare grandi modifiche alle fabbriche esistenti, stando a quanto affermato da Neil Dasgupta, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali, che è anche uno degli autori dello studio.
Al momento, però, non è dato sapere alcuni dati molto importanti di tale esperimento. In particolare quelli relativi alla dimensione della batteria e all’intervallo percentuale. Non è infatti chiaro se il tempo di ricarica di dieci minuti sfociasse in una carica completa dello 0-100% o in una ricarica tra il 20 e l’80%. La seconda è quella che proprio le case automobilistiche raccomandano ai proprietari di EV al fine di riuscirne a preservare la salute a lungo termine della batteria. Gli autori dello studio infatti, di fronte a queste domande non hanno per ora fornito risposta.
L’esperimento sarà ora trasposto al mondo reale?
Naturalmente, i risultati dell’esperimento condotto dai ricercatori della Michigan University non vanno presi come una semplice bocciatura del comportamento palesato dalle auto elettriche quando le temperature si abbassano in maniera drastica. Va infatti ricordato come la maggior parte degli EV moderni abbia un intervallo operativo più ampio. Una Tesla Model 3, ad esempio, ha una temperatura operativa più ampia di quella dichiarata dai ricercatori in questo studio per il loro esperimento.
La sua batteria, infatti, è in grado di funzionare in una forbice compresa tra -22 °F e 140 °F, almeno stando al suo manuale utente. Il fatto che la sua batteria sia in grado di lavorare in maniera funzionale a quelle temperature non attesta, al tempo stesso, la sua efficienza. E infatti, non sono pochi i proprietari di modelli della casa di Elon Musk a segnalare cali evidenti di autonomia quando la colonnina di mercurio scende sotto lo zero. Segnalazioni avvalorate anche dai risultati
Quello che invece punta a rendere chiaro lo studio in oggetto, è che che le batterie EV con chimiche avanzate non solo sono in grado di funzionare senza pecche evidenti a temperature estreme, ma anche caricarsi rapidamente senza alcuna perdita o degradazione delle prestazioni. Si tratta quindi di un esperimento che potrebbe dare lo spunto per applicazioni di rilievo nel mondo reale.