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Le case automobilistiche e i produttori di batterie stanno sviluppando una nuova generazione di batterie che non alimentino solo il veicolo elettrico ma siano anche in grado di rafforzare le strutture della carrozzeria e possano rinnovare il modo di progettare le auto. Di fatto, si sta parlando di ciò che gli ingegneri chiamano “batterie strutturali“, con determinate caratteristiche: hanno peso più leggero e maggiore efficienza energetica, con conseguente miglioramento dell’autonomia (si prevede un raddoppio del dato medio, pari a circa 500 Km).

Volvo, afferente alla holding Geely, a fine di giugno ha svelato un nuovo design strutturale della batteria che sta sviluppando con il produttore svedese Northvolt. Dovrebbe fornire oltre 1.000 Km di autonomia tra una ricarica e l’altra. La tecnologia delle batterie strutturali è agli albori e i produttori non hanno ancora adottato un approccio standard.

Un concetto chiamato cell-to-pack (o Ctp) consente di risparmiare peso eliminando il processo di raggruppamento delle singole celle della batteria; questa è strutturata in moduli prima dell’assemblaggio finale in un unico pacco batteria.

Una startup Our Next Energy (One) sta studiando una doppia batteria che combina un design strutturale fondato su due pacchi batteria. Il secondo ad alta energia è in grado di ricaricare il primo, potenzialmente raddoppiando l’autonomia del veicolo. “Vogliamo reinventare completamente la batteria”, ha affermato Mujeeb Ijaz, fondatore e amministratore delegato della società con sede a Novi, nel Michigan. Ha poi assicurato che il design a doppia package è più sicuro e sostenibile perché non utilizza nichel o cobalto, elementi chiave in molte batterie attuali per i veicoli elettrici.

Le più recenti soluzioni di batterie strutturali sono state sviluppate da Tesla, General Motors, Byd e Catl, questi ultimi sono specializzati in accumulatori. “Se l’industria automobilistica è intelligente e vuole essere sostenibile, questa è l’unica via perseguibile. Fa risparmiare un sacco di soldi, tempo e peso”, ha detto il consulente con sede nel Michigan Sandy Munro.

Rivedere la progettazione delle auto elettriche

Esistono molti modi per progettare una batteria strutturale. Lo sforzo di ricerca volto a progettare batterie in grado di rinforzare la carrozzeria e il telaio di un veicolo sta andando di pari passo con la ricerca volta a perfezionare la chimica delle batterie e ridurre il costo di ciò che si trova all’interno delle celle.

L’approccio di General Motors (GM) con la sua nuova batteria Ultium inizia con gli elementi costitutivi di base: sottili celle di tipo “a sacchetto” raggruppate in moduli, quindi assemblate in grandi pacchi. Nell’Hummer EV, il cui lancio è previsto per la fine dell’anno, i pacchi batteria Ultium sono installati nel telaio del veicolo e contribuiscono a irrigidirlo. Questo, a sua volta, migliora la guida e la maneggevolezza riducendo le vibrazioni e la deriva derivante dall’inerzia, secondo Josh Tavel, ingegnere capo esecutivo di GM per i camion elettrici a batteria.

In Cina, BYD e CATL hanno sviluppato batterie avanzate che eliminano il passaggio intermedio dei moduli, consentendo di assemblare le celle direttamente in grandi pacchi. I catodi nelle celle delle batterie di entrambe le società utilizzano fosfato di ferro e litio (LFP), una sostanza chimica i cui materiali di base sono più abbondanti, meno costosi, meno soggetti a incendi e meno dannosi per l’ambiente rispetto a materiali come cobalto e nichel, comunemente usato nei catodi delle batterie EV.

Le celle LFP, tuttavia, non immagazzinano tanta energia quanto le celle al nichel cobalto manganese (NCM) o al nichel cobalto alluminio (NCA), e quindi forniscono un raggio di azione significativamente inferiore tra le cariche. Ciò significa che un veicolo richiederebbe un pacco più grande e più pesante di batterie al litio-ferro per abbinare la potenza delle batterie che utilizzano cobalto e nichel.

Progettare batterie agli ioni di litio per rinforzare la struttura del veicolo riduce il peso e aiuta a ridurre il divario di autonomia rispetto a un’auto a combustione. Un nuovo tipo di batteria strutturale presentato lo scorso settembre dal Elon Musk, ceo di Tesla, unisce centinaia di celle cilindriche di grande formato con adesivo strutturale, quindi le inserisce tra due fogli di metallo progettati per essere collegati e aiutano a irrigidire la carrozzeria e il telaio del veicolo. Inizialmente questo design della batteria era previsto per alimentare la Model Y.

In confronto, One utilizza una serie di celle della batteria LFP con rivestimento metallico chiamate prismatiche, legate insieme in un pacco con fianchi, parte superiore e inferiore in metallo. Il package è quindi montato in un telaio del veicolo dove aiuta a irrigidire la struttura del veicolo.

Non tutti pensano che l’approccio cell-to-pack sia una buona idea. Tony Aquila, ceo della startup di veicoli elettrici Canoo, ha spiegato che le batterie strutturali hanno senso ma solo se le celle sono prima raggruppate in moduli: “La batteria deve essere modulare per poter essere riparata”.

Anche Daniel Barel, ceo della startup israeliana di veicoli elettrici Ree, ritiene che le celle dovrebbero essere raggruppate in moduli per la massima flessibilità: “A meno che non si costruiscano i moduli direttamente nel telaio, non ha senso”.