La capacità della batteria della tua EV è diminuita? Incolpa l’idrogeno

Perdita di energia delle batterie

Anche dopo decenni di utilizzo in elettronica—e ora nei veicoli elettrici—non comprendiamo ancora appieno le batterie agli ioni di litio. Per esempio, uno dei problemi è la tendenza delle batterie a auto‑scaricarsi nel tempo. Questo problema tende a peggiorare con il tempo ed è una delle ragioni principali per cui le batterie raggiungono la fine della loro vita utile dopo 7‑10 anni nella maggior parte dei casi.

L’auto‑scarica è anche un problema per le chimiche delle batterie che non utilizzano cobalto, limitandone l’adozione anche se il cobalto è costoso e prodotto in condizioni che spesso violano i diritti umani.

Fino a poco tempo fa, gli scienziati presumevano che l’auto‑scarica fosse legata agli ioni di litio (vedi sotto per maggiori dettagli). Ma sembra che ciò non fosse vero.

Recentemente i ricercatori hanno pubblicato la loro scoperta che i protoni (nuclei di idrogeno) sono in realtà responsabili dell’auto‑scarica. Questo apre la strada a nuovi progetti e metodi per mitigare il problema, potenzialmente migliorando in modo significativo le future batterie.

Hanno pubblicato i loro risultati nella prestigiosa rivista Science con il titolo “Idrogenazione di ossidi mediata da solvente nei catodi stratificati”.

Questo è stato realizzato grazie a un enorme sforzo collaborativo che ha riunito ricercatori dell’University of Colorado, del DEVCOM Army Research Laboratory, del SLAC National Accelerator Laboratory, dell’Argonne National Laboratory, del Pacific Northwest National Laboratory, dell’University of Houston, del National Renewable Energy Laboratory, dell’Oregon State University, della Stanford University, del Lawrence Berkeley National Laboratory e della National Taiwan University.

Il paradigma precedente

Le batterie al litio funzionano spostando gli ioni di litio dal lato dell’anodo a quello del catodo attraverso un elettrolita. Questo flusso genera una corrente elettrica. Il processo si inverte durante la ricarica della batteria.

Fonte: ResearchGate

Finora, si presumeva che l’auto‑scarica fosse legata agli ioni di litio che rimanevano bloccati nel catodo, quindi non tornavano all’anodo durante la ricarica, riducendo gli ioni disponibili per generare energia.

Ciò è stato al centro del miglioramento dei progetti delle batterie agli ioni di litio, con numerosi tentativi di ottimizzare il flusso degli ioni di litio e rendere il loro ritorno all’anodo il più perfetto possibile. Tuttavia, sembra che questo non sia il vero problema.

L’idrogeno prende il posto del litio

I ricercatori sono riusciti ad analizzare in profondità il materiale della batteria utilizzando una potente macchina a raggi X presso l’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti in Illinois.

Facendo ciò, hanno scoperto che le molecole di idrogeno dell’elettrolita della batteria si spostavano nel materiale del catodo e occupavano i posti degli ioni di litio. Questo causava una diminuzione dello spazio disponibile per gli ioni di litio, riducendo la capacità della batteria.

Questo avviene principalmente nell’ossido di metallo di transizione stratificato del catodo.

Inoltre, questo processo danneggia fisicamente il catodo, inducendo crepe e accelerando il degrado della batteria.

Quindi, non solo i protoni di idrogeno riducono la durata della batteria diminuendo la capacità, ma lo fanno anche causando danni diretti che finora si presumevano fossero causati dagli ioni di litio.

Potenziale diretto

Risoluzione delle limitazioni dei veicoli elettrici

Una limitazione chiave nell’adozione dei veicoli elettrici e nel passaggio a batterie senza cobalto è che le chimiche alternative mostrano un’autonomia relativamente inferiore. Per alcuni conducenti, questa è una limitazione inaccettabile rispetto alle auto a combustione.

La preoccupazione che il pacco batteria duri meno del resto dell’auto, portando a spese extra imprevedibili, è anche una preoccupazione importante che blocca molti dal passare ai veicoli elettrici. Soprattutto perché la maggior parte dei modelli EV è ancora leggermente più costosa da acquistare.

Questa breve durata è anche una preoccupazione ecologica, poiché implica che più materiale debba essere estratto, più energia sia consumata per produrre le batterie e più sforzi siano necessari per il riciclaggio.

Migliorare la durata dei catodi

Ora che sappiamo che è l’idrogeno, non il litio, a essere responsabile del degrado del catodo, è più probabile trovare soluzioni efficaci. I ricercatori, ad esempio, discutono l’uso di un rivestimento speciale sul catodo che potrebbe bloccare le molecole di idrogeno.

Un’altra opzione sarebbe utilizzare elettroliti diversi che non generano idrogeno fin dall’inizio.

Batterie allo stato solido

Questa è anche una scoperta incoraggiante per le batterie allo stato solido. Poiché questi progetti non utilizzano affatto un elettrolita, potrebbero essere completamente immuni ai problemi causati dall’idrogeno generato dall’elettrolita.

Di per sé, ciò potrebbe spiegare parte delle prestazioni straordinarie delle batterie allo stato solido.

Investire nelle tecnologie avanzate delle batterie

Le batterie sono al centro della tendenza dell’elettrificazione, un’impresa multimiliardaria che mira a eliminare i combustibili fossili dalle nostre fonti di energia. Batterie più affidabili, più economiche o più durevoli saranno al centro dello sforzo di “greening” del nostro sistema energetico.

Puoi investire in società legate alle batterie attraverso molti broker, e puoi trovare qui, su securities.io, le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, e in molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere società specifiche di batterie, puoi anche considerare gli ETF sulle batterie come Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), il Lithium & Battery Tech ETF (LIT) di Global X, o il WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), che offriranno un’esposizione più diversificata per capitalizzare sull’industria delle batterie in crescita.

Oppure puoi consultare il nostro articolo su “Top 10 Battery Stocks To Invest In” e “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Società avanzate di batterie

1. CATL (300750.SZ)

Abbiamo già parlato della leadership tecnologica di CATL. L’azienda è il leader globale nella produzione di batterie, producendo più della metà del volume globale di batterie. È presente in ogni fase della catena di fornitura della produzione di batterie ed è leader nella tecnologia delle batterie.

Questo è vero per le batterie agli ioni di litio, dove l’azienda è stata a lungo un leader consolidato. Ora sembra piccola rispetto all’ultimo annuncio.

CATL ha anche annunciato in passato progressi impressionanti su più tipi di batterie :

• Una batteria ultra‑a lunga vita da 12.000 cicli per lo stoccaggio di energia su scala utility, con 18.000 cicli come obiettivo a lungo termine.
• Una batteria LFP (Lithium Ferrum Phosphate) da 700 km che ricarica 400 km di autonomia in 10 minuti ora sembra piccola rispetto all’ultimo annuncio.
• Una batteria da 500 Wh/kg, potenzialmente in grado di consentire l’elettrificazione degli aerei passeggeri.
• Produzione di massa di batterie al sodio da 160 Wh/kg, con un obiettivo di 200 Wh/kg.

Fonte: CATL

CATL ha anche investito 3.25B nella capacità di riciclo delle batterie in Cina. CATL ha raggiunto un notevole tasso di recupero del 99.6% per nickel, cobalt, manganese, e 91% per lithium.

Grazie alla sua scala, al suo focus e ai risultati di R&D, è probabile che CATL sia in prima linea nell’innovazione, nella produzione e nel riciclo delle batterie.

Ciò lo rende un partner chiave per i produttori di veicoli elettrici, tra cui Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, ecc., con Hyundai recentemente aggiunto al crescente roster di alleanze strategiche di CATL.

Inoltre, le lezioni apprese in una chimica possono essere applicabili in un’altra, quindi potremmo vedere presto batterie al sodio a nido d’ape o a stato condensato, ad esempio. Le economie di scala nella produzione di metà delle batterie mondiali sono probabilmente applicabili all’intera azienda, indipendentemente dalla tecnologia specifica utilizzata in un prodotto individuale.

2. BYD (BYDDY)

Un concorrente di lunga data di Tesla nel mercato dei veicoli elettrici, BYD è diventato un serio concorrente non solo per Tesla ma per praticamente tutti i produttori di automobili.

L’azienda è passata da fornitore di batterie al litio per telefoni a vendere quasi lo stesso numero di veicoli elettrici di Tesla in Cina (il più grande mercato EV al mondo) ed essere il veicolo elettrico più venduto in Thailandia, Svezia, Australia, Nuova Zelanda, Singapore, Israele e Brasile.

BYD è una parte importante del motivo per cui la Cina è improvvisamente diventata il più grande esportatore di auto al mondo nel 2023, superando il Giappone. L’espansione aggressiva dell’azienda all’estero è sostenuta anche da nuove fabbriche, come in Ungheria.

E con il lancio di auto da $10.000‑$12.000 come la Seagul, che utilizzano batterie al sodio, potrebbe aprirsi un intero nuovo mercato per i veicoli elettrici BYD.

Fonte: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0

Ancora un produttore di batterie al suo interno, BYD è un serio sfidante di CATL nel mercato delle batterie LFP (fosfato di ferro e litio), con una quota di mercato del 41,1% in Cina (rispetto al 33,9% di CATL).

L’“inondazione” di veicoli elettrici economici prodotti da BYD nei mercati europei e americani probabilmente incontrerà un certo livello di protezionismo (anche al di sopra delle tariffe recentemente imposte), il che potrebbe ostacolare la crescita di BYD.

Ma allo stesso tempo, i veicoli elettrici cinesi a basso costo sono già un grande successo nel resto del mondo, che non ha molti concorrenti domestici da proteggere, includendo l’intera Sud America, Russia, Africa, Medio Oriente e Sud‑Est asiatico.

Ciò rappresenta diversi miliardi di potenziali clienti per BYD, che vivono in paesi desiderosi di mantenere un equilibrio geopolitico e buoni rapporti sia con l’Occidente che con la Cina, quindi è improbabile che si creino barriere protezionistiche troppo forti.

E anche nell’UE o negli USA, BYD potrebbe rimanere competitiva, grazie ai prezzi molto più alti dei produttori locali di veicoli elettrici rispetto a quelli in Cina, nonché alla localizzazione della produzione fuori dalla Cina per questi mercati, ad esempio in Europa orientale, Messico o Turchia.