Batterie allo stato solido: meglio il solfuro o l’ossido?

FATTORE CRUCIALE

La diffusione delle batterie allo stato solido è considerato un possibile punto di svolta per la diffusione vera della mobilità elettrica. Usando un elettrolita solido anziché liquido, promettono maggiore sicurezza, una densità energetica più elevata e tempi di ricarica notevolmente inferiori. Tuttavia la produzione su larga scala è ancora una sfida e le aziende stanno analizzando come poter portare questa tecnologia sul mercato a costi accettabili. 

Farasis, produttore cinese di celle e partner della Mercedes, sta sviluppando in parallelo due tipi di celle completamente diversi, uno con elettroliti a base di solfuro e uno a base di ossido, per capire quale abbia il potenziale maggiore. C’è da precisare che la prima tipologia è quella più vicina alla produzione in serie: la Mercedes sta testando diversi formati di celle sulla sua piattaforma MBEA, con l’obiettivo di costruite un impianto di produzione proprio in Europa entro il 2028.

CELLE A BASE DI SOLFURO

Le celle a stato solido basate su solfuro usano un “sandwich” di materiali: in alto un catodo ad alto contenuto di nichel, in basso un anodo in silicio o litio metallico, e nel mezzo un elettrolita solido di solfuro. Questo elettrolita è ottimo per far muovere gli ioni velocemente e si integra bene con i design di batterie che già conosciamo. Le celle sono prodotte in un formato “a sacchetto” impilato, come le comuni batterie agli ioni di litio. 

Farasis sta sperimentando celle da 60 Ah che superano i 400 Wh/kg di densità energetica che hanno già dimostrato di essere sicure in vari test, come perforazioni, tagli e esposizione al calore. C’è anche un sistema di sicurezza integrato per prevenire il surriscaldamento incontrollato. Ma c’è anche un aspetto critico: gli elettroliti a base di solfuro sono estremamente sensibili all’umidità, per cui basta poca acqua per generare gas tossici. La loro produzione richiede quindi ambienti estremamente secchi, il che rende il processo complicato e costoso.

CELLE A BASE DI OSSIDO

Una seconda tipologia di celle si basa su un elettrolita composito formato da ossido-polimero, con l’obiettivo di raggiungere una densità energetica fino a 500 Wh/kg, che è più del doppio rispetto alle celle attualmente in produzione di massa. Anche questa configurazione utilizza anodi in litio metallico e catodi ad alto contenuto di nichel, con una sua struttura simile a una sottile placca di ceramica posta tra due fogli di alluminio. Gli elettroliti a base di ossido offrono una maggiore stabilità termica rispetto a quelli a solfuro, ma presentano maggiori difficoltà dal punto di vista meccanico. Farasis intende superare questa criticità utilizzando uno strato di elettrolita estremamente sottile e a bassa tensione. 

Questa tecnologia è ancora in fase di prototipo, ma si rivela particolarmente promettente per applicazioni ad alte prestazioni, come le auto sportive o i camion che devono sopportare carichi elevati e continui. Il vantaggio chiave degli ossidi è che non sono infiammabili e possono operare anche a temperature più elevate, garantendo una maggiore sicurezza. Tuttavia i sistemi a ossido sono considerati più complessi da produrre su larga scala: la difficoltà principale risiede nella capacità di realizzare strati ultrasottili, uniformi e con un’alta conducibilità ionica. Attualmente, questo processo è replicabile solo in laboratorio.