I parametri chiave della batteria che possono cambiare le auto elettriche: 381 Wh/kg e un’autonomia fino a 1.000 km

Pochi giorni fa vi parlavamo del importante passo compiuto da ProLogium con l’inizio della produzione in serie della sua nuova batteria Gen 3.5, caratterizzata da una densità energetica di 381 Wh/kg e 903 Wh/l a livello di cella. In quell’articolo analizzavamo la tecnologia, il suo legame con Mercedes-Benz e la grande sfida rappresentata dal portare una batteria di queste caratteristiche da linee di produzione ancora limitate ai veicoli elettrici su larga scala.

Tuttavia c’è una domanda che tutti si pongono: cosa possono significare realmente questi 381 Wh/kg per i veicoli elettrici? Per molti infatti questa cifra è impressionante sulla carta, mentre per altri rimane del tutto sconosciuta, poiché di per sé non significa che domani avremo modelli in grado di percorrere 1.000 chilometri con una singola carica.

La ragione è semplice. I 381 Wh/kg si riferiscono alla cella stessa, mentre un pacchetto completo deve includere una struttura, sistemi di raffreddamento, connessioni, sistemi di protezione e componenti per la gestione elettronica. Tutto questo aggiunge peso e fa sì che la densità energetica finale sia inferiore. Pertanto, per valutare il vero impatto di questa tecnologia, è molto più interessante immaginare cosa accadrebbe se una parte significativa di questo vantaggio arrivasse effettivamente nel pacchetto.

Attualmente, le migliori architetture di batterie sono già riuscite a ridurre notevolmente la differenza tra la densità della cella e quella dell’insieme installato nell’auto. CATL, ad esempio, dichiara fino a 330 Wh/kg a livello di cella e 265 Wh/kg a livello di pack nella sua batteria Qilin NMC. Si tratta di una differenza significativa, ma dimostra anche che una parte sempre maggiore dell’energia immagazzinata può essere sfruttata all’interno del veicolo.

Se in futuro una batteria solida riuscisse a raggiungere un livello di circa 300 Wh/kg a livello di pack, le possibilità sarebbero enormi. Una batteria da 80 kWh che oggi richiede circa 400 chili potrebbe conservare la stessa energia con soli 267 chili. Oppure, mantenendo più o meno quei 400 chili, potrebbe immagazzinare quasi 120 kWh.

E qui emerge la prima grande conseguenza: i produttori non sono obbligati ad utilizzare tutto il vantaggio in termini di densità per aumentare l’autonomia. Una parte potrebbe essere impiegata per ridurre il peso dell’auto, il che a sua volta diminuirebbe il consumo e permetterebbe di percorrere più chilometri con la stessa energia.

In altre parole, una batteria più densa può generare un effetto moltiplicatore. Meno peso significa minor consumo; minor consumo significa che una determinata capacità permette di percorrere più chilometri; e questo può rendere superfluo installare ulteriori batterie.

Fino a dove potrebbero arrivare le auto elettriche attuali?

Possiamo applicare queste cifre a modelli già esistenti. Immaginiamo un’auto elettrica che attualmente utilizza una batteria da circa 80 kWh e raggiunge una autonomia homologata di circa 500 chilometri grazie a una buona aerodinamica e a un consumo contenuto. Se potesse utilizzare una batteria da 100 kWh mantenendo praticamente lo stesso peso del suo pacchetto attuale, l’autonomia potrebbe aumentare in modo significativo.

Non sarebbe irrealistico pensare a un’autonomia homologata di 600-700 chilometri nei modelli efficienti, mentre le berline elettriche con un’ottimizzazione particolare dell’aerodinamica potrebbero avvicinarsi molto di più ai 800 chilometri. Nei veicoli ancora più efficienti, una batteria da 120 kWh potrebbe addirittura consentire un’autonomia vicina ai 1.000 chilometri, anche se in questo caso entrano in gioco molti altri fattori.

Il consumo è proprio l’elemento che determina fino a che punto può arrivare questa tecnologia. Una berlina in grado di consumare 13 kWh/100 km ha bisogno di 104 kWh per percorrere 800 chilometri in condizioni ideali. Un grande SUV che consuma 20 kWh/100 km avrebbe bisogno di 160 kWh per coprire la stessa distanza.

Perciò non vedremo automaticamente SUV elettrici con un’autonomia di 1.000 chilometri solo perché esistono batterie da 381 Wh/kg. La densità energetica risolve una parte del problema, ma l’aerodinamica, i pneumatici, il peso, la temperatura e l’efficienza del sistema di propulsione rimarranno fattori determinanti.

Un buon esempio di ciò che si può ottenere combinando tutti questi elementi è il Mercedes-Benz VISION EQXX. Il prototipo del marchio tedesco è riuscito a percorrere oltre 1.000 chilometri su strada utilizzando una batteria relativamente piccola, grazie a un consumo estremamente basso. Mercedes-Benz ha registrato un consumo di appena 8,7 kWh/100 km durante uno dei suoi test.

Grazie a una tecnologia di batterie molto più densa, questo concetto potrebbe essere trasferito su un’auto di produzione. Non sarebbe necessario installare una batteria gigantesca per raggiungere un’autonomia elevata. Una batteria da 100-120 kWh in una berlina estremamente efficiente potrebbe essere sufficiente per avvicinarsi a valori che fino a poco tempo fa erano riservati ai prototipi.

Tuttavia, il cambiamento più importante potrebbe essere un altro: le auto elettriche non saranno necessariamente costrette ad avere batterie sempre più grandi.

Negli ultimi anni abbiamo assistito a un aumento progressivo della capacità dei pacchi batteria. I modelli più grandi superano già i 100 kWh e alcuni produttori hanno puntato su capacità ancora maggiori per offrire un’autonomia elevata. L’arrivo di batterie molto più dense potrebbe invertire questa tendenza.

Invece di passare da 80 a 120 kWh per ottenere maggiore autonomia, un produttore potrebbe mantenere una batteria da 80-90 kWh riducendone notevolmente il peso. Ciò avrebbe vantaggi in termini di consumo, prestazioni, comportamento dinamico ed efficienza. Permetterebbe inoltre di ridurre la quantità di materiali necessari per ogni auto.

La densità volumetrica annunciata da ProLogium, pari a 903 Wh/l, apre inoltre un’altra possibilità. In un’auto elettrica lo spazio disponibile per la batteria è limitato e aumentare l’energia immagazzinata nello stesso volume permette di incrementarne la capacità senza dover occupare più spazio all’interno dell’abitacolo.

Anche la ricarica rapida potrebbe trarre vantaggio da questo sviluppo. Una batteria con maggiore densità energetica può consentire una maggiore autonomia dopo una sosta relativamente breve, purché il produttore riesca a combinarla con un’elevata potenza di ricarica e una gestione termica adeguata.

Qui è consigliabile essere particolarmente prudenti. ProLogium ha annunciato capacità orientate a una carica rapida, ma dobbiamo ancora capire come si comporterà un pacchetto completo installato in un’auto durante migliaia di cicli, in inverno e in estate, e dopo anni di utilizzo. La vera prova di una batteria non è soltanto la quantità di energia che immagazzina quando è nuova, ma anche quella che riesce a conservare dopo molto tempo.

E questo sarà proprio la prossima grande sfida per ProLogium. La Gen 3.5 ha già superato un importante traguardo entrando in produzione, ma lo stabilimento di Taoyuan funziona ancora su piccola scala rispetto alle enormi fabbriche di batterie tradizionali. Il prossimo passo sarà riuscire a produrre queste celle in grandi quantità, con una qualità omogenea e a un prezzo che permetta di utilizzarle anche in auto che non sono modelli di lusso.

La futura fabbrica di Dunkerque sarà particolarmente importante in questo senso. La sua prima fase prevede una capacità di 4 GWh e il progetto è stato concepito per raggiungere fino a 44 GWh. Se l’azienda riuscirà ad applicare le caratteristiche della Gen 3.5 in quel sito e a mantenere i costi sotto controllo, avremo a che fare con una dimostrazione molto più significativa di qualsiasi risultato ottenuto con una singola cella.

E qui è dove riappare Mercedes-Benz. Il marchio tedesco mantiene dal 2022 una collaborazione tecnologica con ProLogium e da anni lavora su batterie di nuova generazione. Se questa tecnologia riuscirà a superare le prove industriali, Mercedes sarà uno dei produttori più interessati ad approfittare di questo aumento di densità per i propri futuri veicoli elettrici.

Pertanto, i 381 Wh/kg non dovrebbero essere interpretati come una promessa immediata di auto elettriche con un’autonomia di 1.000 chilometri. Sono qualcosa di più interessante: un segnale che l’industria sta iniziando ad avvicinarsi a un punto in cui la densità energetica può cambiare non solo l’autonomia, ma anche il peso, le dimensioni ed l’efficienza delle auto elettriche.

Se una parte significativa di quei 381 Wh/kg dovesse arrivare effettivamente al pack batterie, un’auto che oggi offre 500 chilometri di autonomia potrebbe aspirare a raggiungere i 600-700 chilometri senza aumentare eccessivamente il peso. I modelli più efficienti potrebbero avvicinarsi ai 800 chilometri e, grazie a una combinazione particolarmente favorevole di aerodinamica, consumo energetico e capacità della batteria, i 1.000 chilometri potrebbero smettere di essere una cifra riservata solo ai prototipi.

Questo è il vero vantaggio della batteria ProLogium. Non si tratta semplicemente di ottenere più chilometri aggiungendo più kWh, ma di far sì che ogni chilo e ogni litro di batteria possa immagazzinare molto di più. E se l’industria riuscirà a trasformare questo vantaggio della cella in un reale vantaggio per l’auto completa, il salto potrà essere molto maggiore di quanto suggerisca semplicemente un valore in Wh/kg.