Le batterie al sodio sono in aumento, ma le batterie al litio potrebbero rimanere grazie all’indio

La rinascita del litio‑ione?

Una recente scoperta da parte dei ricercatori della Cornell University potrebbe riportare la tecnologia al litio‑ione nella corsa per la batteria perfetta. Hanno scoperto che l’uso di un materiale anodico a base di indio consentirebbe una ricarica estremamente rapida delle batterie al litio‑ione.

Le batterie al litio‑ione hanno, finora, dominato la progettazione delle batterie per piccoli dispositivi elettronici e i primi modelli di veicoli elettrici. Tuttavia, alcune limitazioni della tecnologia hanno spinto l’industria a cercare alternative, tra cui le batterie al sodio o a stato solido.  L’uso dell’indio eliminerebbe un problema chiave per l’adozione di massa dei veicoli elettrici: l’ansia da autonomia. La maggior parte degli utenti di veicoli elettrici è preoccupata di esaurire la carica prima di raggiungere una stazione di ricarica. Perciò tendono a cercare un pacco batteria molto potente, il che aggiunge peso e costi al veicolo.

Un altro problema è il tempo necessario per ricaricare la batteria. Questo può rappresentare una seria preoccupazione per i viaggi a lunga distanza o per le applicazioni commerciali. Riduce inoltre la disponibilità delle stazioni di ricarica, poiché ogni “serbatoio pieno” richiede tempo, tenendo occupato il caricatore del veicolo elettrico.

Quindi, una tecnologia di batterie al litio‑ione a ricarica più veloce potrebbe contribuire a ridurre il costo dei veicoli elettrici, alleviare l’ansia da autonomia e migliorare le capacità della rete di ricarica.

Le batterie al indio al salvataggio?

La ricerca è stata condotta dal team di Lynden A. Archer presso la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering della Cornell, con l’autore principale Shuo Jin, studente di dottorato in ingegneria chimica e biomolecolare.

Nella loro pubblicazione “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” spiegano il loro approccio. Si sono concentrati sulla cinetica (velocità) delle reazioni elettrochimiche, in particolare sul “numero di Damköhler”. Analizzando le velocità di trasporto allo stato solido, hanno scoperto che l’indio era un ottimo candidato per batterie a ricarica rapida. Attualmente, l’indio è principalmente impiegato negli schermi LCD e in altre applicazioni high‑tech come il fotovoltaico, la criogenia e le barre di controllo dei reattori nucleari.

L’indio è un metallo adatto all’uso nelle anodi grazie alla sua rapida diffusione e alla lenta cinetica delle reazioni superficiali, che si traducono in una ricarica veloce per la batteria.

L’indio: un primo passo verso batterie progettate con IA?

Le anodi in indio potrebbero consentire di ridurre l’ansia da autonomia, riducendo così la necessità di pacchi batteria molto grandi e pesanti. Tuttavia, l’indio stesso è un metallo molto pesante e denso.

Per questo motivo il professor Archer considera anche la scoperta del suo team sull’indio come punto di partenza.

“In questo c’è un’opportunità per la modellazione di chimica computazionale, forse usando strumenti di IA generativa, per scoprire quali altre chimiche di materiali leggeri potrebbero raggiungere gli stessi numeri di Damköhler intrinsecamente bassi.

Ad esempio, esistono leghe metalliche che non abbiamo mai studiato e che possiedono le caratteristiche desiderate?”

Sfruttare i progressi dell’IA per trovare nuovi materiali per batterie è un’idea realistica, come dimostrato dai ricercatori del PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Nel nostro articolo “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)”, abbiamo discusso di come hanno utilizzato diverse IA di chimica predittiva per esaminare 32 milioni di idee in meno di 80 ore, portando alla scoperta di un nuovo elettrolita per batterie.

Quindi forse la stessa tecnica può essere utilizzata, concentrandosi sul numero di Damköhler per trovare materiali che performano altrettanto bene dell’indio, ma meno pesanti.

Scorte di ciclo di vita delle batterie

1. Arcadium Lithium (Fusione di Allkem + Livent)

Arcadium è il risultato della fusione tra pari dei leader dell’estrazione del litio Allkem e Livent, diventando il terzo più grande produttore di litio al mondo. La fusione crea un’azienda presente in tutte le fasi della produzione e della lavorazione del litio.

La produzione dell’azienda si trova principalmente in Argentina, nel cosiddetto “triangolo del litio” (Cile, Argentina, Bolivia) sotto forma di salamoie, con qualche litio da roccia dura in Canada e Australia.

Fonte: Arcadium

Il litio è una commodity che ha recentemente subito prezzi bassi, poiché i principali produttori di automobili come Ford o GM hanno rallentato i loro piani per i veicoli elettrici. Allo stesso tempo, I produttori cinesi di veicoli elettrici come BYD sono accusati di inondare i mercati esteri con EV a basso costo, il che potrebbe innescare una nuova ondata di adozione dei veicoli elettrici nei prossimi anni. Per esempio, il BYD Seagull da €10.000 che arriverà in Europa quest’anno.

Quindi, l’attuale debolezza dei prezzi del litio potrebbe non durare per sempre.

2. CATL

CATL è il leader globale nella produzione di batterie, producendo più della metà del volume globale di batterie. L’azienda è presente in ogni fase della catena di approvvigionamento della produzione di batterie ed è leader nella tecnologia delle batterie.
Ciò è vero per le batterie al litio‑ione, dove l’azienda è un leader consolidato da tempo. CATL ha anche annunciato progressi impressionanti su diversi altri tipi di batterie :

• Una batteria ultra‑duratura 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.
• Una batteria da 500 Wh/kg, potenzialmente in grado di consentire l’elettrificazione degli aerei passeggeri.
• Produzione di massa di 160Wh/kg batterie al sodio, con un obiettivo di 200 Wh/kg.

Fonte: CATL

CATL ha inoltre investito €3,25 Miliardi nelle capacità di riciclo delle batterie in Cina. CATL ha ottenuto un notevole tasso di recupero di 99,6% per nichel, cobalto, manganese e 91% per litio.

Grazie alla sua scala, focus e risultati di R&D, è probabile che CATL sia in prima linea nell’innovazione, nella produzione e nel riciclo delle batterie. Questo la rende un partner chiave per i produttori di veicoli elettrici, tra cui Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, ecc.

3. BYD

Un concorrente di lunga data di Tesla nel mercato dei veicoli elettrici, BYD è diventato un serio rivale non solo per Tesla ma per praticamente tutti i produttori di automobili.
da fornitore di batterie per telefoni a vendere quasi tante EV quanto Tesla in Cina (il più grande mercato EV al mondo) ed essere l’EV più venduto in Thailandia, Svezia, Australia, Nuova Zelanda, Singapore, Israele e Brasile.
BYD è una grande parte 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 all’estero dell’azienda è sostenuta anche da nuove fabbriche, come in Ungheria. E con il lancio di auto da $10.000‑$12.000 come la Seagul, potrebbe aprirsi un intero nuovo mercato per le EV di BYD.

Fonte: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https&#58://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Ancora al suo nucleo, produttore di batterie, BYD è un serio sfidante di CATL nel mercato delle batterie LFP, con una quota di mercato del 41,1% in Cina (rispetto al 33,9% di CATL).
L’“inondazione” di EV economici prodotti da BYD nei mercati europei e americani probabilmente incontrerà un certo livello di protezionismo, il che potrebbe ostacolare la crescita di BYD. Tuttavia, allo stesso tempo, le EV cinesi a basso costo sono già un grande successo nel resto del mondo, che non ha molti produttori 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 sia con la Cina, quindi è improbabile che vengano eretti barriere protezionistiche troppo forti.