Cosa occorrerà per caricare più velocemente i veicoli elettrici?

Per portare più veicoli elettrici sulle strade, questi scienziati stanno lavorando per ricaricare un’auto nello stesso tempo necessario per fare rifornimento in una stazione di servizio

Rebecca Heilweil

I veicoli elettrici sono più silenziosi, più facili da riparare e manutenere e molto più rispettosi dell’ambiente rispetto alle tradizionali auto a combustione interna. Tuttavia, molti veicoli elettrici sulle strade restano indietro rispetto alle auto che dovrebbero sostituire, in parte a causa dei tempi di ricarica.

Mentre il rifornimento di carburante richiede solo pochi minuti, la ricarica di un veicolo elettrico richiede molto più tempo. Al momento, i caricabatterie più veloci disponibili per i consumatori, a volte chiamati caricabatterie di livello 3, possono caricare la batteria di un veicolo all’80% in soli 20 minuti. Ma i caricabatterie più disponibili (e convenienti) sono molto più lenti. I caricabatterie di livello 2 impiegano diverse ore per caricare un veicolo, mentre i caricabatterie di livello 1, che si collegano a una tipica presa domestica, possono richiedere più di due giorni.

Queste basse velocità di ricarica non hanno fatto altro che esacerbare l’“ansia da autonomia”, ovvero la preoccupazione che le batterie possano esaurirsi sulla strada. Oltre il 50% dei 500 proprietari di veicoli elettrici che hanno partecipato a un sondaggio OnePoll del 2022 commissionato da Forbes Wheels hanno affermato di avere spesso o sempre questa preoccupazione. Anche se il Segretario dei Trasporti Pete Buttigieg ha respinto l’idea che gli automobilisti dovrebbero essere così preoccupati per l’autonomia, rimane un grosso ostacolo per i potenziali acquirenti di veicoli elettrici. Questo, e il fatto che la domanda di veicoli elettrici supera la capacità delle case automobilistiche di produrli, minaccia di rallentare il percorso verso l’elettrificazione.

Gli scienziati, compresi quelli delle università, dei principali produttori di veicoli elettrici e del Dipartimento dell’Energia, ritengono che i veicoli elettrici potrebbero accendersi più rapidamente se spingessimo la scienza della ricarica ai suoi limiti. Sostengono che modificare la chimica interna delle batterie dei veicoli elettrici e la progettazione dei cavi di ricarica può aiutare a eliminare questo importante ostacolo all’adozione. La sfida è accelerare la ricarica senza compromettere la sicurezza o la durata a lungo termine della batteria. L'obiettivo è avvicinarsi il più possibile al tempo necessario per rifornire di carburante un veicolo a combustione interna.

"Ci sono molte innovazioni sul versante elettrochimico che sono ancora in laboratorio", afferma Christopher Rahn, che co-dirige il Battery and Energy Storage Technology Center presso la Penn State University. "Potrebbero essere più costosi [e] forse richiedere processi di produzione diversi. Non sono necessariamente pronti per essere lanciati su larga scala, ma sicuramente molti ricercatori hanno ottenuto risultati entusiasmanti."

La sfida fondamentale della ricarica risiede nell'elettrochimica delle batterie. Le batterie sono progettate con due elettrodi: un anodo e un catodo. Gli ioni di litio fluiscono tra questi due componenti. Quando una batteria si scarica e alimenta un'auto, gli ioni di litio viaggiano dall'anodo al catodo, producendo elettroni liberi e carica elettrica. Quando il veicolo è in carica, accade il contrario e gli ioni di litio vengono respinti verso l'anodo.

Il problema è che all’interno della batteria, gli ioni di litio affrontano un rallentamento critico. Se viaggiano troppo velocemente, rimarranno bloccati e non potranno entrare nell'anodo. Quando gli ioni di litio vengono catturati, ce ne sono meno per fornire la carica, il che rende la batteria meno efficace. Peggio ancora, se si accumulano troppi ioni di litio, la batteria può andare in cortocircuito e, potenzialmente, incendiarsi.

"Si scopre che spostare il litio è un po' come mettere 100 persone in una stanza stretta", afferma Venkat Srinivasan, direttore dell'Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science e vicedirettore del Joint Center for Energy Storage Research in Illinois. "C'è una piccola porta. Vorrei che 100 persone iniziassero ad ammassarsi davanti alla porta. Rimarranno tutti bloccati in quella porta."

Ora, alcuni pensano che l’utilizzo di nuovi prodotti chimici per le batterie potrebbe facilitare il movimento degli ioni di litio all’interno di una cella della batteria. Ad Argonne, i ricercatori stanno studiando se sia possibile utilizzare più percorsi affinché gli ioni di litio viaggino all'interno di una batteria, riducendo sostanzialmente l'affollamento.