MIIT cinese: La strada verso celle Li-ion ad ancora maggiore capacità passa per Mn, Si, tecnologia a stato solido e Li-metal

Il Ministero cinese dell’Industria e della Tecnologia Informatica (MIIT) ha individuato tre ambiti in cui i produttori nazionali dovrebbero sviluppare le batterie al litio-ione per offrire ai consumatori densità energetiche ancora più elevate. Si tratta dei seguenti: 1/ catodi ad alto contenuto di manganese (LMR), 2/ anodi basati sul silicio e, soprattutto, 3/ elettroliti solidi. Grazie a questi ultimi aumenterà il livello di sicurezza delle batterie, si otterranno capacità di carica ancora più elevate e anodi al litio con la massima densità energetica disponibile.

La Cina indica quale strada conduce al futuro

L’uso di catodi ad alto contenuto di manganese [e litio – n.d.t.] permette alle aziende di ridurre in parte la dipendenza da forniture di cobalto costoso e nichel piuttosto caro. I catodi che contengono oltre il 50-60 percento di manganese (nei Li-NCx: circa il 10-20 percento) presentano problemi di degrado, perciò in passato i produttori hanno preferito optare per un alto contenuto di nichel; tuttavia oggi il manganese offre risultati sempre più promettenti (fonte). Inoltre consente l’uso di tensioni di carica elevate, il che significa un ricarico più rapido – a scapito però di una degenerazione accelerata.

D’altra parte, riducendo le tensioni al livello di Li-NCx, la densità energetica delle celle LMR si colloca appena al di sotto di quella dei Li-NCx (NCM811), intorno a 0,28 kWh/kg, con costi simili a quelli dei LFP.

Cellule LMR prototipate da Ford

Un percorso di sviluppo altrettanto importante è l’ottimizzazione delle anode per ottenere un contenuto di silicio il più elevato possibile. Il silicio è in grado di trattenere un numero di ioni (atomi) di litio molto maggiore rispetto al grafite, il che si traduce automaticamente in una capacità maggiore. Il problema di tali anode è la dilatazione e il rapido degrado: gli ioni di litio che penetrano nella struttura rompono infatti i legami che tengono insieme la struttura di silicio. Vantaggi? Densità energetiche potenziali che superano i 0,3 kWh/kg e possono arrivare fino a 0,45 kWh/kg.

Diversi approcci all’uso del silicio nelle anode delle cellule Li-ion. Diapositiva del 2020, ancora attuale, almeno nelle prime tre finestre a sinistra (c) Tesla

La via “al manganese” rappresenta la soluzione più veloce per aumentare la densità energetica (LFP → LMR) mantenendo i costi sotto controllo. La via “al silicio” offre alte densità, ma a un costo maggiore. Tuttavia, l’obiettivo finale dello sviluppo sono le batterie a stato solido. Un elettrolita stabile risolve il problema della combustibilità; inoltre, in questo tipo di batterie (ASSB) è possibile utilizzare catodi NCx o nuovi materiali al manganese per raggiungere e superare densità energetiche di 0,4-0,5 kWh/kg. Non ci sono più costi legati all’anodo, poiché questa viene realizzata in litio durante il funzionamento della batteria (Li-metal).

Note della redazione di Elektrowozu: considerando che il MIIT è impegnato da anni nello sviluppo di nuove batterie, possiamo supporre che le nuove linee guida descrivano almeno in parte la realtà attuale, ovvero i prodotti già disponibili.

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