La commercializzazione delle batterie «solid state» si avvicina, ma divide LG e Samsung

10% del mercato globale nel 2035 alle celle solid state secondo i dati SNE Research, ma una conferenza a Seoul mostra disaccordo sui tempi della commercializzazione: per LG Energy Solution dopo il 2030, per Samsung SDI dal 2027

La costante presenza dei tre maggiori produttori nazionali nella Top10 delle vendite di batterie per veicoli elettrici fa di conferenze organizzate in Corea del Sud come la “Next Generation Battery Seminar 12” (per brevità NGBS) tenutasi presso il Science and Technology Center di Seoul questa settimana un serbatoio di spunti di interesse.

La testata Asian Economy ha sottolineato in particolare come sia stata l’occasione per sottolineare differenze di opinione sui tempi di commercializzazione delle batterie con elettroliti solid state (considerate comunemente quelle di prossima generazione perché sicure e con elevata densità di energia) tra LG Energy Solution e Samsung SDI. Infatti secondo LG Energy Solution sarà difficile commercializzare batterie solid state già nel 2030, mentre secondo i rivali di Samsung SDI il loro obiettivo di produzione di massa nel 2027 è confermato.

Nel vicino Giappone una casa auto come Nissan, che nel proprio piano strategico Ambition 2030 ha espressamente inserito veicoli mossi da batterie all solid state, ha collocato al 2028 la data per la comparsa del primo modello elettrico che le avrà nel proprio pianale, mentre alle primissime linee-pilota Nissan si riferisce l’immagine di apertura.

Ma se si presta ascolto a Jang Hak-jin, scienziato di LG Energy Solution “è difficile per le batterie allo stato solido essere competitive rispetto alle batterie agli ioni di litio”. E ha aggiunto: “le batterie di prossima generazione, come quelle allo stato solido, hanno un traguardo difficile da raggiungere con la commercializzazione anche nel 2030”.

Assodato il potenziale di miglioramento della densità di energia e la maggiore stabilità di queste celle, per le batterie allo stato solido ci sono sfide a vari livelli: come i costosi materiali elettrolitici solidi o la potenziale riduzione del ciclo di vita a causa delle resistenze interfacciali tra materiali attivi degli elettrodi ed elettrolita solido.

E poi ci sono i processi di produzione che richiedono alte temperature e pressioni: quindi nuove linee con relativi nuovi investimenti, il che offre a concorrenti che puntano su miglioramenti alternativi come anodi ad alta percentuale di silicio l’occasione di proporre prodotto migliore (ormai con notizie a cadenza settimanale) senza mettere in soffitta le linee di fabbriche che hanno richiesto elevati impegni di capex alle industrie.

Ma al contrario del collega, Ahn Ji-woo, capo del gruppo di pianificazione dei prodotti di nuova generazione della divisione batterie Samsung SDI, ha tenuto una presentazione incentrata sul potenziale e sulle possibilità delle batterie allo stato solido. “Le batterie allo stato solido sono abbastanza sicure e leggere da ridurre il peso del 9% (basate su auto semi-grandi) rispetto ai veicoli dotati di batterie ad alto contenuto di nichel”, ha detto.

Pertanto, ha sottolineato, Samsung SDI “completerà lo sviluppo della tecnologia delle batterie a stato solido su scala medio-grande nel 2025 e un sistema di produzione di massa per batterie allo stato solido sarà stabilito nel 2027”. Da marzo 2022 l’azienda ha costruito una linea-pilota di batterie solid state chiamata “S-Line” presso il Suwon Research Institute di Gyeonggi-do. La linea sarà completata nella prima metà di quest’anno e i primi campioni prodotti nel secondo semestre del 2023.

Ahn nel suo intervento dal titolo “Super Gap Technology for Beyond LIB” ha citato i vantaggi unici della batteria a stato solido di Samsung SDI come massimizzare l’efficienza energetica attraverso materiali catodici NCA (nichel-cobalto-alluminio); la capacità dell’elettrolita solido a base di solfuro di reggere potenza e le ricariche ultra-veloci; i metodi di stratificazione dei materiali della batteria e la tecnologia dei nuovi catodi che contrastano la formazione di dendriti.

I tecnici delle due società rivali hanno quindi espresso una comune valutazione sull’elevato costo della produzione di batterie a stato solido e della ricerca e sviluppo ad esse necessaria, ma hanno espresso una diversa volontà di portarle sul mercato. Tuttavia LG Energy Solution sta attualmente sviluppando anche lo stato solido e punta alla commercializzazione dopo il 2030.

Allo stesso seminario, il vicepresidente dell’autorevole società di consulenza SNE Research Oh Ik-hwan ha confermato le stime che le vendite globali di batterie per veicoli elettrici dovrebbero crescere fino a $815 miliardi nel 2035, cinque volte la previsione di quest’anno.

La sua società conferma un inizio di commercializzazione significativa dal 2027 e prevede anche che le batterie allo stato solido rappresenteranno oltre il 10% del mercato totale delle batterie entro il 2035 e sulla capacità totale di produzione di batterie di 9.049 GWh, le celle solid state dovrebbero raggiungere 950 GWh.

Le prospettive sulla reale commercializzazione delle batterie solid state in qualche modo sembra più positiva rispetto allo scetticismo che ancora albergava solo un paio di anni fa riguardo alle potenzialità del settore di uscire dai laboratori. Nel 2021 la testata Korea Herald intervistava Kim Jeong-soo, capo della ricerca e sviluppo di Dongwha Enterprise, fornitore di materiali per batterie che ha tra i clienti anche Samsung SDI.

Il titolo era indicativo: “Solid-state batteries are exaggerated”, nonostante già allora fosse noto che Samsung SDI mirava a sviluppare prototipi di batterie allo stato solido entro il 2025 e commercializzarli entro il 2027. Kim controbatteva con una visione più conservatrice: con alle spalle la sua trentennale esperienza professionale negli elettroliti liquidi, rimarcava come quelli solid state siano ancora estremamente difficili da produrre e quindi mancherebbero di competitività di prezzo per la commercializzazione.

Vari generi di elettroliti solidi infatti non possono essere esposti all’atmosfera o all’umidità durante il loro processo di produzione oppure si alterano e possono rilasciare gas tossici. Al laboratorio di Kim ci è voluta un’intera settimana solo per produrre dozzine di grammi di campioni di elettroliti solidi all’interno di un apparato pieno di argon. La produzione di massa richiederebbe strutture molto più grandi a loro volta riempite di argon, in questo caso riferendosi a elettroliti basati sui solfuri solidi.

Al momento dell’intervista il prezzo di mercato degli elettroliti liquidi si attestava tra i $6 e i $7 al chilogrammo, mentre un chilogrammo di elettroliti solidi realizzati con solfuri costava almeno decine di migliaia di dollari all’interno dei laboratori. Anche portato ad economie di scala, sottolineava lo scienziato, la differenza di competitività dei costi sarebbe rimasta sostanziale e penalizzante per le celle solid state.

E accanto ai processi esiste un problema di componenti: per produrre elettroliti solidi basati sui solfuri sono necessari reagenti speciali della società chimica statunitense Sigma-Aldrich dai prezzi ancora elevati. Ma anche il solfuro di litio è una materia prima costosa, circa decine di migliaia di dollari al chilo, perché ancora nessuno la usa e viene prodotto a temperature tra 700 e 800 gradi. I grandi investimenti per nuovi impianti di produzione senza domanda garantita sono un punto interrogativo, non una risposta.

Credito foto di apertura: ufficio stampa Nissan Motor