Nel laboratorio delle celle da 3,5 milioni di chilometri
Una vita da due milioni di miglia anziché uno solo: il prosieguo degli esperimenti sulle batterie di Jeff Dahn alla canadese Dalhousie University non finisce di stupire
Sollecitato dal DRES, laboratorio dedicato all’ingegneria ambientale e allo stoccaggio della Dalhousie University di Halifax dove insegna lui stesso, il più famoso consulente esperto di batterie di Tesla, il Professor Jeff R. Dahn, ha accettato di intervenire in un video diffuso su YouTube commentando il tema “How good can a Li-ion battery be and what are the consequences?”. Un argomento sul quale si può anticipare subito la prima risposta:“buone oltre ogni previsione”.
Per esaminare quali siano le conseguenze delle qualità delle attuali batterie agli ioni di litio opportunamente sfruttate (il che anzitutto significa caricate e scaricate in modo smart), occorre però un passo indietro. A un anno fa e all’articolo pubblicato dal professore canadese sul Journal of The Electrochemical Society (tra l’altro scaricabile gratuitamente da oggi fino a lunedì 26 ottobre) dal titolo“A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium-Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies”. Se il titolo può dire poco, se siete interessati a veicoli elettrici e batterie non ve ne sarà tuttavia sfuggito il contenuto.
Nella sinossi gli autori avevano scritto che, sottoposte a cicli ripetuti di carica e scarica, le celle con chimica LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (commercialmente chiamate NMC 532) li hanno portati a “concludere che celle di questo tipo dovrebbero essere in grado di spingere un veicolo elettrico per oltre 1,6 milioni di chilometri (1 milione di miglia) e durare almeno due decadi in stoccaggio per la rete energetica”.
Quei test però non si sono fermati: la maggior parte delle celle nel laboratorio del
Clean Technologies Research Institute alla Dalhousie University continuano a scaricarsi e caricarsi secondo ritmi e a temperature prestabilite dal Professor Dahn e dai suoi ricercatori.
Mentre i cicli si accumulano, i risultati aggiornati sono, se possibile, più sorprendenti dei precedenti. Le batterie si sono rivelate in grado di superare i 10.000 cicli.
Se si suppone, come ha scritto il docente canadese nella slide che abbiamo riportato sopra, una ricarica di un veicolo elettrico di 350 chilometri per ciclo (cioè una carica completa dallo 0 al 100% rispetto alla capacità di una 500 elettrica o una Zoe), questo equivarrebbe a 3,5 milioni di chilometri: il milione di miglia o 1,6 milioni di chilometri del settembre 2019 paiono essere nettamente superati.
Ma la sorpresa diventa maggiore se si guarda agli effetti sulla vita delle celle NCM 532 di un trattamento nel quale la DOD, l’ampiezza della scarica sia compresa tra il 25% e il 50%, ovvero quella di un veicolo elettrico utilizzato per brevi tragitti da pendolare. In questo caso dopo due anni e mezzo di test le batterie non mostravano quasi alcun degrado.
Le celle NCM 532 in breve possono rivelarsi con un trattamento appropriato una risposta a chi ha timori sulle problematiche per il riciclo, perché potrebbero davvero rischiare di lasciare a mani vuote le aziende e consorzi che lavorano per creare siti di riciclo delle preziose materie prime contenute nelle batterie.
Ci sono due aspetti paradossali rispetto ai titoli letti sulla rete a settembre 2019 e che stanno cominciando a spuntare dopo la diffusione di questi nuovi risultati del laboratorio della Dalhousie University. Il primo è che le celle sottoposte a prove, dalle dimensioni analoghe a una moneta da due dollari canadesi, non sono tipiche celle Tesla.
Anzi, sono celle in formato pouch con nessun segreto, tanto che nell’articolo sul Journal of The Electrochemical Society i ricercatori avevano indicato i fornitori dei materiali dei catodi prodotti nella provincia di Hunan dalla cinese Li-Fun Technology, la grafite artificiale dell’anodo prodotta ugualmente in Cina da Kaijin, gli elettroliti commercializzati da Shenzen Capchem e BASF.
L’altro aspetto paradossale di celle così facilmente riproducibili è che un progetto nato anche su impulso del grande disrupter dell’auto elettrica, Tesla, sta accertando che le batterie saranno in grado di superare in vita utile quello che anche il più affezionato cliente Volvo o Mercedes potrebbe osare immaginare.
E allora a fronte di una resilienza così straordinaria al degrado, nel video potete vedere lo stesso Professor Dahn rispondere al quesito se siano necessarie batterie così buone con un elenco di alternative al mondo automotive in senso stretto per le quali sì, batterie in grado di affrontare 10.000 o più cicli sono o saranno una necessità. E il professore canadese non pensa anzitutto ai Semi di Elon Musk, pur se i veicoli commerciali sarebbero un settore potenzialmente interessante.
Un campo che la resilienza a un ampio numero di cicli di carica e scarica faciliterà per i veicoli sarà quello della tecnologia V2G, che attira sempre più interesse commerciale a conferma delle promesse di esperimenti come quello di FCA, Engie e Terna a Mirafiori. Mezzi come autobus di linea e no, scuolabus, potrebbero essere candidati naturali a questo impiego.
D’altro lato la praticità e convenienza degli impianti di accumulo potrebbe essere modificata in profondità dalla disponibilità di celle con grande aspettativa di vita: se un anno corrisponde a poco meno di 400 cicli di vita, celle in grado di affrontarne 10.000 equivalgono ad affrontare spese in conto capitale per asset efficienti per 25 anni. Numeri che possono anche far decidere ai produttori di celle che piuttosto che vendere impianti alle utility sarà molto più interessante proporne il leasing.
Celle per stoccaggio che durano per cinque lustri consentendo di ammortizzarne i costi in modo proporzionale potrebbero essere quello che serve a calmare le ansie sul futuro della transizione energetica di un collega del Professor Dahn: Vaclav Smil, uno dei più famosi esperti di energia che insegna a sua volta in Canada, a Winnipeg.
Smil in numerosi lavori ha espresso uno scetticismo assai informato su quanto è in grado di rallentare e ostacolare quella che definisce la quarta transizione energetica: quella alla sostenibilità. Ma il Professore emigrato dalla Repubblica Ceca più volte non ha mancato di sottolineare (come in questa intervista apparsa su Science) come la svolta potrebbe essere in tre parole: “stoccaggio energetico economico”.
Le celle ad alta resilienza come le NCM 532 da 10.000 o più cicli di durata non sono solo in grado di dimostrarsi solo straordinariamente convenienti. I trasporti resteranno secondo il Professor Dahn un settore di applicazione determinante per queste batterie che continuano a sopportare le quotidiane “torture” nel laboratorio della Nova Scotia, ma non in primis per i veicoli passeggeri.
I traghetti con percorsi brevi, come quelli che spostano persone e merci tra Svezia e Danimarca o in Italia tra Isola d’Elba e Piombino affrontano viaggi brevi e una linea basata su ferry elettrici avrebbe necessità di celle in grado di superare secondo il Professor Dahn 46 cicli giornalieri.
Per traghetti, o per aeromobili ibridi che avrebbero da misurarsi con 6, 7 cicli di carica e scarica al giorno, celle che per le auto sarebbero una curiosità da 3,5 milioni di chilometri da curiosità diventano invece una necessità pratica.
