In questo articolo Indice dei contenuti 2 sezioni
Una batteria allo stato solido capace di ricaricarsi completamente in appena cinque minuti. È il risultato che QuantumScape ha appena mostrato con le celle della sua nuova piattaforma Osprey, i cui dati sono stati resi pubblici per la prima volta. Se questi numeri dovessero reggere anche nel passaggio alla produzione industriale, due dei nodi più discussi delle auto elettriche verrebbero affrontati in modo radicale: i tempi di ricarica e la densità energetica.
Il condizionale però è inevitabile, perché tra un laboratorio e una fabbrica c’è un abisso. I dati diffusi meritano comunque attenzione, dato che descrivono una combinazione di prestazioni che nessun’altra cella allo stato solido a base di solfuro ha ancora raggiunto, almeno stando a quanto dichiara l’azienda stessa.
Come funziona Osprey e perché si ricarica così in fretta
Credits: TecnoAndroid
Alla base di Osprey ci sono due elementi distinti. Da una parte il separatore ceramico proprietario di QuantumScape, realizzato con un processo chiamato Cobra. Dall’altra un catolito solido a base di solfuro. Gli elettroliti al solfuro sono tra i più studiati del settore perché conducono bene gli ioni di litio e si lavorano a temperature relativamente basse. Usati come separatori, però, si sono sempre portati dietro una serie di difetti cronici come la scarsa durata nei cicli, il bisogno di pressioni molto elevate per funzionare, le prestazioni deludenti al freddo e le ricariche lente.
La scelta di QuantumScape è stata quella di dividere i compiti. Il solfuro non fa più da separatore ma da catolito, mentre la parte ceramica si occupa di tenere sotto controllo i dendriti, cioè quelle protuberanze di litio che nei sistemi tradizionali possono perforare il separatore e mandare la cella in cortocircuito. Nei test questa architettura ha prodotto una cella in grado di sopportare oltre 300 °C senza innescare la fuga termica, il fenomeno che sta all’origine degli incendi delle batterie.
Il segreto della ricarica in cinque minuti si chiama ion hopping. Gli ioni di litio attraversano la struttura del solfuro in maniera diversa rispetto a quanto accade con gli elettroliti liquidi, e così viene eliminata la cosiddetta polarizzazione, il fenomeno che di solito rallenta il rifornimento di energia. Secondo l’azienda è proprio questo meccanismo a rendere possibili tempi tanto ridotti.
Catodi più carichi, freddo e cicli di vita
C’è poi un vantaggio che riguarda i catodi. Osprey consente di impiegarne di molto più carichi del normale, fino a 10 mAh/cm², grosso modo il doppio rispetto alle batterie al litio convenzionali. Catodi più carichi vogliono dire meno strati per cella e meno materiale di supporto, e alla fine un accumulatore più compatto. La densità energetica volumetrica arriva fino a 1.100 Wh/L, un valore nettamente superiore a quello delle batterie che equipaggiano oggi le vetture elettriche.
I test pubblicati si riferiscono a celle a due strati con area e carico catodico rilevanti dal punto di vista commerciale. Hanno superato 1.000 cicli mantenendo l’80% della capacità a temperatura ambiente, con una sola atmosfera di pressione applicata, molto meno di quanto richiedano normalmente le soluzioni al solfuro. Le celle lavorano anche a 20 gradi sotto zero, una soglia che spesso mette in crisi questa famiglia di batterie.
Osprey nasce inoltre come piattaforma aperta. I clienti possono adottare il catodo al solfuro sviluppato da QuantumScape oppure integrare una propria tecnologia catodica, conservando comunque i benefici del separatore ceramico. L’azienda ha già stretto collaborazioni con alcuni costruttori automobilistici per portare avanti il progetto, senza però fornire dettagli specifici.
Il punto debole è che tutto questo è stato dimostrato finora soltanto su scala di laboratorio, con celle a due strati. I produttori di automobili chiedono invece celle prismatiche molto più grandi, con più strati e una capacità maggiore. La messa a punto di processi produttivi ad alta velocità per questo formato è ancora in corso, e il cammino verso la produzione di massa è appena all’inizio.
Fonte: TecnoAndroid