Le batterie per auto hanno una lunga storia alle spalle e una lunga storia a venire. Scopriamole entrambe.
Nel futuro elettrico dell’energia le batterie avranno un ruolo centrale per garantire un flusso continuo di energia agli utenti. In particolare, nell’ambito della mobilità sostenibile elettrica, che nel 2020 ha registrato un +207% rispetto all’anno precedente, raggiungendo il 4,3% di quota di mercato. Eppure, per come sono realizzate oggi, cioè con il litio, non sono affatto sostenibili di per sé, generando una contraddizione che andrà presto risolta per approdare a una mobilità a impatto zero. Da dove arrivano le batterie per auto per come le conosciamo oggi? E, soprattutto, quali sono le loro evoluzioni sostenibili più promettenti?
Alle origini delle batterie per auto: zinco, rame e piombo
Il termine “batteria” è stato utilizzato per la prima volta da Benjamin Franklin a metà del XVIII secolo. Ma la nascita delle moderne batterie può essere fatta risalire alle sperimentazioni di Alessandro Volta, che realizzò il prototipo della moderna batteria. Si trattava di una pila formata da dischi zinco alternati con dischi di rame e inframezzati con strati di feltro imbevuto di acqua salata, con una differenza di potenziale ai poli. In altre parole, il primo generatore di corrente ininterrotta mai creato, un tassello imprescindibile non solo per le successive scoperte sull’elettricità, ma anche per la realizzazione di progressi tecnologici in ogni campo.
Il più grande limite della pila di Volta e delle sue evoluzioni prodotte negli anni seguenti era che non erano ricaricabili e perciò si potevano utilizzare una volta sola. Una caratteristica che, tra le altre cose, avrebbe impedito di impiegarle per alimentare veicoli con l’elettricità. A indirizzare la risoluzione del problema fu, nel 1859, il fisico Gaston Planté, che sviluppò la prima batteria ricaricabile al piombo secondo gli stessi principi che ancora stanno alla base delle batterie di avviamento dei veicoli odierni. Produsse infatti un accumulatore di corrente con un anodo in piombo e un catodo in biossido di piombo che era possibile ricaricare invertendo la reazione chimica naturale.
I difetti di progettazione che causavano una breve durata dell’erogazione di potenza vennero poi risolti nel 1881 da Camille Alphonse Fauré, che sostituì il design a spirale con un reticolo di piombo in cui pressare una pasta di ossido di piombo. Nonostante i progressi, comunque, le batterie al piombo non alimentarono i primi veicoli, avviati con processi meccanici, come il sistema a manovella.
Le cose cambiarono con l’introduzione dell’avviamento automatico, che portò negli anni Venti alla diffusione di motori di avviamento elettrici e dunque alla necessità di un’alimentazione affidabile all’interno dell’architettura del veicolo, rendendo la batteria al piombo un componente essenziale dell’industria automobilistica. Negli anni ’50 poi raddoppiò la potenza delle batterie per auto da 6 a 12 volt. Fu l’ultima grande evoluzione prima del passaggio dalle batterie al piombo-acido libero a quelle AGM, più longeve ed efficienti, in cui l’elettrolita è trattenuto da uno strato assorbente in fibra di vetro.
Le batterie al litio
Gli accumulatori agli ioni di litio, i più diffusi oggi, risalgono invece alle ricerche di M. Stanley Whittingham, che negli anni ’70 scopre come stoccare energia nelle batterie ricaricabili sfruttando solo il litio. Si trattava però di litio in forma pura, molto instabile e perciò a rischio di esplosione. Una problematica risolta qualche anno più tardi con l’ideazione della prima batteria Li-ion, che introdusse, al posto del litio puro, gli ioni di litio. Così concepite, le batterie al litio poterono diffondersi nei settori più disparati, alimentando in sicurezza cellulari, macchinari e naturalmente veicoli elettrici.
Rimane però ancora un problema da risolvere: il litio, terra rara, non è un materiale sostenibile, perché non è né facilmente reperibile né facilmente riciclabile. Inoltre, è ragionevole aspettarsi che le batterie Li-ion raggiungano presto il loro limite di erogazione di potenza entro un intervallo di peso ragionevole. Tra qualche anno potremmo perciò trovarci con tonnellate di batterie dimesse da riciclare e con la necessità di una potenza che esse non possono fornire.
Le batterie sostenibili del futuro
Ecco perché quello delle batterie sostenibili è uno dei settori più in fermento oggi, con l’obiettivo di trovare materiali a impatto ambientale zero che riescano a fornire prestazioni uguali o superiori a quelle del litio. Si sta sperimentando di tutto, da polimeri plastici alla cannabis, dal magnesio al sale. Ma non si è ancora approdati a soluzioni che garantiscano tanto la sostenibilità quanto la potenza, la sicurezza e la durata di vita.
Anche l’aumento della stessa durata della vita delle batterie ne aumenterebbe la sostenibilità, pur non risolvendo il problema dei materiali. In molti credono che il segreto per triplicarla sia lo sviluppo di un elettrolita solido, che permetta di raggiungere il milione di chilometri percorsi senza necessitare di cambi sostanziali nei metodi produttivi. Batterie solide consentirebbero inoltre di aumentare la densità energetica, richiedendo perciò l’impiego di quantità minori di materie prime.
Nel frattempo, il Parlamento Europeo ha sollecitato negli stati membri azioni per rendere più sostenibili le batterie al litio:
- costruzione delle batterie che le renda più facili da scomporre e quindi da riciclare
- target del 70% delle batterie portatili riciclate entro il 2025 e del 75% di quelle dei mezzi di trasporto leggeri
- introduzione nelle etichette di informazioni sull’impronta di carbonio, di cui definire il livello massimo
- definizione dei livelli minimi di terre rare da recuperare dalle batterie esauste
- aumento della sostenibilità sociale e ambientale dell’intera filiera
- formazione di professionisti del riciclo in sicurezza delle terre rare
