Batterie stato solido, Nissan è concreta: 75 dollari/kWh, produzione nel 2028 | Speciale

12 Aprile 2022 68

Nissan Ambition 2030 è il piano dei giapponesi per interpretare il cambiamento economico, sociale e politico che sta attraversando l'intero mondo produttivo. Più rispetto per l'ambiente, più rispetto per le persone: questi i temi di cui si parla, oggi, in qualsiasi campo: elettronica di consumo, moda, automotive, industria del cibo, mondo del lavoro e via dicendo.

In questo programma dei giapponesi si inserisce il filone della ricerca per i materiali del futuro, non solo quelli per gli interni delle auto (ormai tutti cercano di offrire un'alternativa vegana, ad esempio), ma anche quelli per le batterie che caratterizzeranno la prossima generazione di EV. Tanti, infatti, concordano che le batterie allo stato solido saranno la soluzione delle due criticità principali delle attuali auto elettriche: prezzi e autonomia delle auto elettriche.

COME FUNZIONANO LE BATTERIE ALLO STATO SOLIDO

Rispetto alle celle attuali, dove l'elettrolita è liquido, la tecnologia degli accumulatori allo stato solido (ASSB, acronimo di All-Solid-State Battery) riduce la complessità tecnologica del pacco batterie, aumentando però quella della produzione.

I pacchi batterie di oggi, infatti, necessitano di una gestione termica complessa e costosa. Sono inoltre meno versatili, perché devono rispettare limiti di densità energetica dettati anche dal posizionamento delle varie celle, assicurando una minima distanza per evitare che una di queste, se danneggiata, vada ad influire sulle altre. Serve poi lo spazio per il sistema di raffreddamento che abbraccia le celle e ci sono misure di sicurezza e controllo che si traducono in un maggior peso.

ELETTROLITA SOLIDO VS ELETTROLITA LIQUIDO

Nelle batterie allo stato solido la struttura di base della cella è la stessa di quelle attuali: c'è un separatore, un catodo e un anodo, ma l'elettrolita è diverso, solido e non più liquido. Essendo solido, nelle batterie ASSB l'elettrolita fa anche da separatore.

Semplificando molto, nelle batterie Li-ion, catodo e anodo sono i "depositi" per gli ioni di Litio (da questi dipende la capacità della batteria) e l'elettrolita liquido è il mezzo di trasporto (da questo dipende la velocità di carica/scarica).

I vantaggi dello "stato solido" sono un maggior livello di sicurezza (oggi le batterie sono sicure, ma lo sono solo se fatte bene e al costo di una maggior complessità), una resistenza maggiore alle temperature estreme e una miglior durata nel tempo.


Il processo di ricarica e scarica avviene muovendo elettroni dal catodo all'anodo e viceversa, con gli ioni di litio che trasportano tali elettroni. Minore è la resistenza nell'elettrolita, maggiore è la potenza di ricarica che si può ottenere a parità di gestione termica.

Lo svantaggio tecnico delle batterie allo stato solido è quindi la perdita in termini di conduttività ionica rispetto all'elettrolita liquido, problema a cui Nissan risponde con un metodo di trasporto degli ioni a maggior efficienza che garantisce pari conduttività ionica. Riducendo ai minimi termini, la chiave è quella di costruire vere e proprie "autostrade" per gli ioni, percorsi creati nella struttura cristallina del materiale al fine di facilitare il passaggio e ridurre le distanze.

Nelle ASSB i vantaggi sono anche di costo: il catodo costa meno, la densità energetica cresce grazie ai materiali dell'anodo. La ricarica, inoltre, può avvenire a potenza maggiore.

AUTOSTRADA E RICARICA RAPIDISSIMA

Il grafico mostrato da Nissan mostra i risultati di un test simulativo in cui i cicli prevedono la guida dell'auto ad alta velocità (2 ore a 135 km/h) seguita da una ricarica rapidissima a 350 kW per 15 minuti. Il sistema di test è privo di impianto di gestione termica delle batterie.

Arrivate alla stessa temperatura prima della ricarica, le batterie si comportano diversamente quando sottoposte allo stress di una "Quick Charge" (QC nel grafico). Quella con l'elettrolita liquido raggiunge presto un limite di temperatura massimo più basso (intorno ai 60°), e questo comporta una restrizione nella velocità di ricarica (da parte del Battery Management System) e una limitazione nella velocità di scarica che determina la potenza erogabile al motore nella successiva guida a 135 km/ in autostrada.

Nelle batterie con l'elettrolita solido, il limite di temperatura è più alto, la ricarica è quindi più rapida e questo permette di raggiungere uno SoC (State of Charge, stato di carica della batteria) maggiore in quei 15 minuti, senza che il BMW debba intervenire per salvaguardare le celle in assenza di una climatizzazione. Il circuito di gestione termica sarà comunque presente nelle auto di produzione, fuori dall'esperimento di laboratorio, ma avrà costo e complessità inferiori.

ELETTRICHE DAVVERO PER TUTTI

Grazie all'aumento della densità energetica, poi, si possono utilizzare batterie più piccole, leggere e compatte per ottenere la stessa autonomia. In poche parole: a parità di capacità della batteria, le ASSB percorrono più chilometri perché pesano meno. Oppure serve una batteria ad elettrolita liquido di capacità maggiore per percorrere la stessa strada di una più piccola batteria ASSB.

Il potenziale, un progetto che si realizzerà nel 2030 secondo Nissan, è quello di auto con il doppio della densità energetica, che si ricaricano in un terzo del tempo rispetto alla generazione attuale e con un costo di 75$ / kWh.

GLI OSTACOLI DA SUPERARE

Per arrivare all'obiettivo bisogna sviluppare un'interfaccia uniforme tra gli elettrodi e l'elettrolita solido, più difficile da ottenere perché bisogna lavorare su struttura, materiali e processo produttivo. Nelle batterie con elettrolita liquido è più facile perché il fluido permea l'intera struttura e crea un'interfaccia uniforme. Nissan, con una presentazione molto tecnica, ha mostrato come sta lavorando sulla nuova tecnologia. La chiave è un agglomerante fibroso da 2 micrometri utilizzato per mettere in collegamento l'elettrolita solido e il materiale catodico attivo, assicurando la conduttività e il passaggio fluido degli ioni di Litio. Nel farlo, viene ridotta la resistenza nella cella. Quella ottenuta è un decimo di quella del processo produttivo precedente.

Importante, poi, è anche la scelta dei materiali: Nissan sta collaborando con la NASA e UC San Diego, attingendo ad un database di ricerca congiunta che permette di accedere a più di 131.000 materiali. La chiamano Informatica dei Materiali (MI) ed è una tecnica che cambia l'approccio.

Oggi si parte dall'esperienza umana, si formulano ipotesi, si segue un processo di tentativi ed errori (dai 5 ai 20 anni) e si arriva alla determinazione del materiale che poi viene utilizzato nei prodotti. Con la MI, la ricerca dei materiali avviene tramite big data e Intelligenza Artificiale, gli algoritmi estrapolano il materiale candidato che poi viene valutato in un processo molto più corto, due o tre anni, arrivando infine in produzione.


L'obiettivo è raggiungere la stabilità elettronica, meccanica, chimica ed elettrochimica, quest'ultima volta a prevenire i dendriti. Carica e scarica aumentano il degrado dei materiali, problema a cui si sta lavorando tramite rivestimento del catodo con un materiale attivo. Per risolvere la formazione dei dendriti di Litio che possono portare a cortocircuiti (si creano degli "aghi" microscopici nella struttura), Nissan ha identificato un materiale protettivo proprio tramite MI

La strada per raggiungere la meta è fatta di test sulla sicurezza estensivi. Non si parla solo del classico test di penetrazione, dove un oggetto perfora la cella e dove lo stato solido dimostra maggior sicurezza rispetto alla tecnologia ad elettrolita liquido.

L'elettrolita solido elimina i problemi di quello liquido, più incline ad infiammarsi se la batteria è stata maltrattata fisicamente (impatto, perforazione) oppure se sottoposta a stress termici inaspettati durante la ricarica. Recenti studi, però, hanno dimostrato come la tecnologia ASSB non sia immune da rischi. Nissan li conosce, e durante il webinair ha mostrato come la valutazione e i test avvengano a tutti i livelli, anche a quelli microscopici e chimici.

Si è infatti parlato anche della reazione dei materiali all'umidità e di come i giapponesi abbiano lavorato per evitare la formazione di gas potenzialmente pericolosi (idrogeno solforato) e di picchi di calore dovuti ai dendriti di Litio.

COME RAGGIUNGERE I 75$ AL KWH

Il prezzo previsto per le batterie allo stato solido di Nissan sarà di 75$ per kWh di capacità installata. Le premesse che stanno dietro a questa cifra sono diverse: bisogna raggiungere il doppio della densità energetica rispetto ad oggi, passare all'utilizzo di materiali più economici rispetto alle NMC attuali, sostituendole con le Zolfo/Manganese che risulteranno le più economiche da produrre anche rispetto alle batterie prive di Cobalto. Aggiungendo a ciò la riduzione delle necessità di raffreddamento, intrinseca nella tecnologia ASSB, si raggiungerà l'obiettivo tramite combinazione di materiali e tecnologia.

Il 2028 è un traguardo raggiungibile? Secondo Nissan sì. Il produttore lavora sulle elettriche e sulla produzione di massa delle batterie dal 2010 con la Leaf, ha continuato a studiare il processo negli anni e, a differenza degli altri produttori, è uno dei pochi che si è confrontato con ingegnerizzazione e produzione delle batterie (tra i pochi c'è Tesla ad esempio).

Prima del 2028, comunque, ci sarà la fabbrica pilota a Yokohama nel 2024: se questo avverrà nei tempi previsti, avremo una prima cartina tornasole sul traguardo annunciato da Nissan.


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Commenti

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Maicol.Mar

No erano impegnati conn sponsor e ci hanno mandato Giovinazzi XD

Maicol.Mar

Concordo!

Trust No One

con 6,1Kwp di pannelli sunpower X22(17 per l'esattezza) a fine Marzo (nord Italia) producevo già un totale di 29Kw in un giorno. La casa che funziona in solo elettrico e con una powerwall 2 riesco ad essere indipendente per almeno un totale più di 11 mesi l'anno ed il contatore è stato limitato a 3Kw.
Se volessi essere totalmente indipendente anche per quelle 2/3 settimane veramente pessime, dovrei portare i pannelli a 12KWp e aggiungere 2 Powerwall 2. Non credo che per ora ne valga la pena, preferisco prendere i soldi dallo scambio sul posto e pagare tutte le bollette dell'anno con quelli (me se avanzano pure).
Morale non pago la corrente e la batteria alle 11 del mattino è già al 100%

X

Ginomoscerino

se quella è la differenza di prezzo, si capisce perchè non siano ancora diffuse ma solo in ambiti dove spendere certe cifre passa in secondo piano

Ginomoscerino

c'era anche Leclerc o Sainz che ha fatto un giro con il muletto? XD

derapage

per lo stesso motivo per cui uno smartphone che costa 200euro a livello di produzione viene venduto a 1000E.

Maicol.Mar

Parlo di mesi fa e direi con una sicurezza dell'80/90% (diciamo che passano spesso rappresentanti di vari marchi quindi spero di non conforndermi) dovrebbe essere stato una azienda che commercializza carrelli Nissan.

Ma se preferisci ti dico che erano in 2: Cardile e Zimmermann. XD

Dajant

Però si ci sono soluzioni alternative che già funzionano sugli smartphone, per esempio doppiare il pacco batteria e ricaricarlo separatamente

Signor Rossi
Maicol.Mar

Ci sei o ci fai?
La ferrari produce muletti elettrici?

Mah... mi chiedo perchè certa gente non si sofferma un secondo a riflettere ed apre spesso e volentieri la bocca a sproposito.

Maicol.Mar

Esattamente non ne sono certo, il discorso non è stato approfondito oltre che una informazione di base sulla possibilità di avere questi prodotti. Parlo di circa 7/8 mesi fa.
80k € erano la differenza per avere batteria solida (non so se vi fossero differenze anche sui costi dei caricabatterie o altro), rispetto allo stesso muletto con batteria tradizionale.

GeneralZod

Forse non mi sono spiegato. La tecnologia esiste già ma è immatura e produrla è ancora antieconomico.

Wizards

non ricordo di aver letto mai una notizia riguardo honda, con tutti gli aiuti che hanno avuto non lo escluderei a priori..

Copyr

è vero infatti il mio era un esempio per far notare che con quelle colonnine non si può andare molto lontano, servono sistemi x caricare le auto in 10 min, che poi siano colonnine ad altissima potenza o che siano batterie di nuova generazione o entrambe le cose poco importa

Signor Rossi
Signor Rossi

I primi TV Plasma costavano dai 30’000 a 80’000 $ ... poi è iniziata la produzione di massa e ci siamo ritrovati a 2’000 $ e meno.

.

Signor Rossi
Ngamer

a dire la verità l impianto non costa piu in maniera esagerata , sul sito enel x impianto ( senza accumulo) da 3Kw picco , sopralluogo progettazione installazione te lo fanno con 2500 euro ( cessione del credito 50%) davvero ottimo prezzo poi ci sono anche quelli con accumulo sempre 50% i prezzi sono davvero molto buoni . ho visto le lifepo4 sui siti cinesi prezzo è buono ma non ho molta fiducia di quei siti e cmq non si capisce mai se devi pagare la dogana ( allora non diventano piu tanto convenienti) e poi te le devi costruire tu ( sarebbe il minore dei mali) e arrivano dopo mesi .
il mio problema principale è che non ho molto spazio per i pannelli altrimenti lo avrei gia fatto

Ginomoscerino

quant'è la differenza di prezzo tra pacco batterie solide e non?

Ngamer

non abito in montagna prevalentemente è sempre bello il tempo in inverno e male che vada usero un po di enel pero 20kwh non sono pochi chiaro per una settimana ce ne vuole un po di piu pero a quel prezzo si puo fare ora è proibitivo . l ideale sarebbe poter usare la batteria di una eventuale auto elettrica in caso di necessità , quelle hanno capienze enormi

Ginomoscerino

forse non è Ferrari ma il loro fornitore? visto che Ferrari non ha le fabbriche per fare batterie e credo neanche il personale per progettarle

BlackLagoon

auguri a caricare 20kWh col fotovoltaico. A meno di non avere 20 pannelli da 500w l'uno..

Signor Rossi
Signor Rossi
nickmot

Abbi pazienza, ma ricariche in 5 minuti alle colonnine 22kW ovviamente non ci saranno mai.
Se la potenza erogata è quella, i tempi saranno per forza lunghi.
Ora, non è un problema, quelle colonnine sono pensate per lasciare li l'auto a lungo, ovvero caricare mentre sei in sosta (mentre lavori, mentre sei a casa, al ristorante, mentre ti fai un giro in centro).
Per le ricariche veloci servono le colonnine ad alta potenza, che sono ancora pochette, ma saranno quelle che sostituiranno il distributore.
E per quelle 300Km in 15 minuti sono vicini, un 20-80 ormai starà sui 20 minuti con i SUC a 350kW.

TheBoss

io manderei subito subito un curriculum a Renault-Nissan-Mitsubishi Alliance... Ghosn ti lascerebbe subito il posto.

criticoMaNonTroppo

I tempi di ricarica dello stato liquido non possono scendere più di tanto. È un problema fisico.

Maicol.Mar

Esistono, o meglio a me in ambito lavorativo le hanno pure offerte. Parliamo di cifre attorno agli 80mila € (se ben ricordo) per il pacco batterie di un muletto elettrico.

Maicol.Mar

Credo che 130/150 sia il costo di produzione. Come credo che i 75$ dell'articolo si riferiscano ai costi di produzione, non di vendita.
Quelle di cui parli tu, tipo powerwall, oggi godono del 110% (e sono acquistate quasi esclusivamente da chi accede a questo incentivo) e sono per l'appunto gonfiate di prezzo poichè alla fine paga pantalone...

BuBy

anche se ora sembrano bei numeri bisognerà vedere nel 2028 quanto sarà il prezzo al kw delle altre tipologie di batterie, tempi di ricarca densità etc,,,

Luigi con i blu jeans

con 3 stilo ci accendi forse la luce apri porte per qualche minuto

Felipo

Basta non comperarle eh, mica ti obbligano a farlo.

Felipo

Occhio che adesso gli fuma il cervello,
Spiegalo con un disegnino.

Felipo

Perchè così chi le vende/installa può diventare ricco.
Gli incentivi (110%/ecobonus/bonus ristrutturazione) hanno raddoppiato (o triplicato) i prezzi ed i guadagni di chi è nel giro, mentre l'utente finale la prende sempre in quel posto.

Alex

come mai le batterie per la casa tipo powerwall sono vendute a 8000€ e sono 10KWh ?

Alex

credo di sì
peraltro quel 2028 diverrà ben presto 2038 :-D

Giulk since 71' Reload

La cosa di per se è interessante e ottima, mi chiedo però se il minor costo al kWh si rifletterà in un minor costo per l'acquirente finale, con tutti gli aumenti in atto, c'è il rischio che tra qualche anno, le auto disponibili con questa tecnologia vadano a costare cifre maggiori di quelle attuali

Copyr

il costo x le aziende è primario, x il consumatore finale no, nel senso che se costano tanto e di conseguenza l'auto costa di piu semplicemente il cliente comprerà altro. L'unica cosa a cui devono puntare se vogliono vendere in massa l'auto elettrica sono tempi di ricarica pari o di poco superiori ad un auto termica, il resto viene dopo, sia l'autonomia che in numero di colonnine, puoi avere anche 1 colonnina x posto auto ma se x caricare ci metti ore e ore non le vendi comunque queste auto. A parità di km ricaricati, ad esempio una termica media, 300km di ricaricati che corrisponderanno ad un tot di litri, ma non è importante quello, tempo x rifornire questi 300km quanto? 5 min stando larghi, ricarica di un elettrica sempre x 300km (mettiamo che quella sia l'autonomia totale caricando al 100%), tempo per il pieno quanto? 5min, ok, 10min va comunque bene, 20min non il massimo ma ok passi, ad oggi invece a quanto siamo, ad una colonnina media 20-22kw, non al supercharger che ce ne sono uno ogni tot, parliamo di colonnine classiche, quanto tempo x la ricarica di 300km? 1h? 1h30min? direi che non ci siamo proprio. Se poi parliamo di ricarica a casa con 2-3kw di potenza... non stiamo nemmeno a parlarne

Tony Musone

A fine 2021 era 132 $/kWh. Secondo Bloomberg è sceso dell'89% in 10 anni, circa il 6% nel 2021
https://about.bnef.com/blog/battery-pack-prices-fall-to-an-average-of-132-kwh-but-rising-commodity-prices-start-to-bite/

Driver
derapage

Ad oggi circa 130/150 $/kWh

Ginomoscerino

per lui le batterie a stato solido sono fuffa, non è possibile che ci sia qualcuno che le stia testando o usando, se uscisse un articolo di Tesla su queste batterie cambierebbe subito idea...

Ginomoscerino

così scrivono, se non sbaglio Honda è stata la prima a portarla in F1

Fernandito

Jdjdjjs. Djdjdk jdjd dkow s do dmdm d w kdjgof djd djdkfkkfke.

Fernandito

Bsnd jn ksjsjdnjf nmd k kdkd kkd. Kekekgj.

GeneralZod

Non è che invece il problema è la resa in volumi della produzione? 20.000 euro su una Ferrari non sono un problema. Sulla Panda magari sì.

TurboCobra11

Ad oggi invece il costo per Kw quant è? E quanto è diminuito negli ultimi dieci anni? Per capire la portata di questo sviluppo....

Alessandro87

si vai alla conad prendi tre stilo e carichi l'auto per fare altri 50 metri ahahha

FBRZLDG

Chissà dal punto di vista ambientale quanto siano riciclabili.

Signor Rossi

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