CATL: Le celle a stato solido sono vicine alla commercializzazione. Il problema è la degradazione e… l’elettrolita stabile

Il presidente e fondatore di CATL, Robin Zeng, ha rilasciato un’intervista alla rivista cinese Caijing Magazine. Contrariamente alle dichiarazioni di alcuni produttori secondo cui stanno già testando batterie con elettrolita solido, Zeng afferma che al momento queste si trovano ancora in fase sperimentale e prototipale, e che manca ancora molto prima della commercializzazione. Il loro principale problema è proprio ciò che dovrebbe essere il loro vantaggio: l’elettrolita solido. Infatti non è facile far muovere gli ioni all’interno dei solidi, e sono proprio gli ioni a costituire il fondamento del funzionamento delle batterie Li-ion.

Elettrolita solido e un’idea ingegnosa per le batterie solido-liquido

Nelle ultime settimane Stellantis ha annunciato di aver iniziato a testare le cellule prototipali Factorial su un veicolo sperimentale, precisando che presentano una densità energetica di 0,375 kWh/kg. Parametri molto simili (0,35 kWh/kg) sono stati indicati dalla cinese Dongfeng, che intende anch’essa iniziare a montare pacchetti solid-state (all-SSB, ASSB) già nella seconda metà di quest’anno. In entrambi i casi le densità energetiche sono notevoli, ma i produttori o non forniscono altri dati (degrado, tempo di carica) oppure indicano valori che non sono all’altezza delle migliori cellule LFP.

Il modulo a celle a stato solido Factorial utilizzato nell’auto di Stellantis. Si notino i collegamenti strutturali nonché le morsature e le viti che probabilmente comprimono le celle, mantenendole quindi a alta pressione (c) Stellantis

Il presidente di CATL afferma quasi esplicitamente che l’uso di elettroliti solidi, il vantaggio principale delle celle a stato solido, rappresenta al contempo il più grande problema tecnologico (fonte). Gli ioni di litio si muovono senza problemi nell’elettrolita, ma non sono in grado di “saltare”. Pertanto, le elettrodi (per natura solidi) e l’elettrolita (novità: solido) devono essere riscaldati e compressi durante la produzione con una pressione di 6.000 atmosfere, ovvero oltre 600 MPa (megapascal). Affinché gli ioni possano muoversi all’interno della struttura, prima negli elettrodi e poi nell’elettrolito, per infine fissarsi nell’elettrodo di destinazione.

A scopo di confronto: l’idrogeno utilizzato per ricaricare le auto a celle a combustibile viene conservato a una pressione di 88 MPa. Nelle auto FCEV la pressione nominale è di 70 MPa. L’uso di tali pressioni ha richiesto progressi nelle tecnologie dei materiali, con l’impiego di fibre di carbonio e composti per la produzione dei serbatoi del gas.

Vettura sperimentale per la prova delle celle a stato solido Factorial (immagine sopra) (c) Stellantis

Torniamo però alle batterie a stato solido. Il presidente di CATL sottolinea che l’uso di alte pressioni per fondere gli elettrodi con l’elettrolita fa sì che i materiali con diversa resistenza alla compressione si deformino in modi differenti. Il risultato può essere una struttura non omogenea e una distribuzione irregolare dei componenti, il che porta ad anomalie che aumentano la resistenza interna e accelerano la degradazione delle celle, rendendo difficile la commercializzazione. Le conclusioni sembrano ovvie e allo stesso tempo sorprendenti: l’uso di elettroliti solidi può effettivamente rallentare la degradazione durante l’uso causata dalle cariche ultraveloci, ma provoca problemi in una fase precedente: la produzione.

In questo contesto, le celle con elettrolita solido-liquido sembrano essere una soluzione quasi ideale, dove la fase liquida rappresenta fino al 5 percento. Non richiedono l’uso di pressioni molto elevate, poiché tra le elettrodi e l’elettrolita solido c’è un liquido che permette agli ioni di muoversi. Svantaggi? Tali celle contengono comunque all’interno un elettrolita liquido, una sostanza infiammabile.

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