Le cariche super veloci danneggiano le batterie al litio?

Da qualche tempo le industrie che ruotano intorno al crescente settore dell’auto elettrica fanno a gara a promuovere sistemi di carica ultraveloci.

Funzionando in genere in corrente continua, riescono a esprimere potenze che vanno dai 50 kW di molte colonnine ai 150 kW dei supercharger della Tesla o di quelli che Enel sta installando in Italia (ne sono previsti 14mila al 2022), fino al picco esagerato del sistema realizzato dalla società Ionity che tocca i 350 kW, come dire la potenza elettrica fornita di base a 100 appartamenti (simili “ipercariche” saranno però possibili solo su alcuni modelli di auto appositamente predisposti).

Così, se fare “un pieno” completo di un’auto elettrica a una normale presa di casa, la cosiddetta carica di Livello 1, richiede più di mezza giornata, e a un caricabatteria di Livello 2 da 6 kW, in genere fornito come accessorio dell’auto elettrica, 4-8 ore, la carica di Livello 3, i supercharger, in effetti, abbassa i tempi del rifornimento a poche decine di minuti (limitato però a non più del 70-80% del totale, perché oltre quel livello la batteria offre troppa resistenza alla carica veloce).

Non siamo ancora alla rapidità dei rifornimenti delle auto con motore a scoppio, ma almeno i supercharger rendono più abbordabile l’idea di compiere tragitti lunghi con mezzi elettrici.

Questi sistemi di rifornimento ultraveloce, inoltre, essendo molto costosi sono quasi tutti pubblici, spesso installati presso concessionari di auto o centri commerciali, anche se cominciano ad essere disponibili anche nel luogo più ovvio, i distributori di benzina.

Quindi, accoppiando mappe e navigatori digitali che segnalano la loro presenza sul territorio, con un po’ di pianificazione intelligente, per far coincidere la ricarica veloce con pause obbligate del viaggio, oggi, in buona parte d’Europa, si può viaggiare con un’auto elettrica, senza troppi patemi d’animo.

Spiace quindi dover segnalare che in realtà qualche patema resta ancora: se i supercharger accorciano i tempi di ricarica, potrebbero anche accorciare la vita della batteria, il pezzo più costoso e pregiato dell’auto elettrica.

Lo sostiene una ricerca apparsa su Energy and Environmental Science, condotta da Daniel Abraham degli Argonne National Laboratory, che esaminando ai raggi X batterie al litio mentre si ricaricano, ha scoperto che forzare le batterie al litio a fare il pieno di elettroni, per loro non è proprio “salutare”.

Il problema risiede nel fatto che caricare una batteria non è banale come riempire un serbatoio con un liquido: la ricarica di una batterica comporta lo spostamento di ioni da un lato all’altro della cella, l’interazione con gli elettrodi che devono accoglierli, lo scambio di cariche elettriche, e, in certe condizioni,l’innescarsi di reazioni chimiche indesiderate.

È, insomma, un processo delicato, che deve avvenire in modo ordinato e reversibile al 100%; e, se così non fosse, la vita della batteria sarebbe decisamente ridotta.

I raggi X usati da Abraham, in particolare, sono stati rivolti verso l’anodo in grafite della batteria al litio, una sorta di spugna conduttiva in carbonio, al cui interno devono andare a disporsi gli ioni litio, dopo aver ceduto un elettrone al catodo (in genere composto di cobalto, nickel o fosfato di ferro) durante la fase di carica.

«Se la carica avviene lentamente – spiega il ricercatore – gli ioni litio hanno tempo di penetrare fra gli strati di grafite e saturare l’anodo regolarmente. Ma, come ci hanno rivelato i raggi X, evidenziando le modifiche nella struttura cristalline della grafite, quando la carica è molto veloce, il litio finisce in parte per depositarsi come metallo sulla superficie dell’anodo, con un processo di “placcatura”, non dissimile a quello del cromo sul ferro».

Il problema è che la placcatura in litio non è stabile, ma reagisce con l’elettrolita, il liquido interposto fra gli elettrodi, creando un composto solido, che riduce la quantità di litio disponibile per trasportare le cariche fra gli elettrodi, e ostruisce anche l’accesso alla grafite.

«Il risultato è che a ogni carica veloce, la batteria perde un po’ della sua capacità», conclude Abrahams.

Ma quanta ne perde?

Secondo Batteryuniversity, la “Bibbia” online del mondo delle batterie, una batteria al litio perde il 20% della sua capacità dopo 500 cicli carica/scarica quando è caricata sempre a Livello 1; raggiunge quel livello di perdita dopo 300 cicli a Livello 2, e dopo solo 100 cicli al Livello 3.

Ma c’è da dire che questo test di laboratorio è stato compiuto su batterie al litio standard, non progettate specificamente per sopportare una carica veloce.

Più rivelatore (e rassicurante) su quanto avvenga nel mondo reale è invece il test effettuato su quattro Nissan Leaf del 2012.

La capacità delle batterie di queste auto, è stata controllata dall’uscita dalla fabbrica e poi fino a 50mila miglia di percorrenza (80mila km), a intervalli di 10mila miglia percorse.

Due auto sono sempre state ricaricate lentamente e due sempre con una colonnina a 50 kW.

I risultati mostrano che fra 0 e 80mila km, le prime due auto hanno perso circa il 25% della capacità della batteria, quelle caricate a 50 kW circa il 28%.

Una differenza non proprio abissale, se non fosse che il test è terminato quando le batterie erano ancora metà della loro vita utile stimata. Ma, come abbiamo visto, oggi ci sono supercariche di potenza superiore tre o addirittura sette volte quella del test.

Al tempo stesso bisogna però anche ricordare che i modelli di auto elettrica più recenti hanno accumuli progettati specificamente per essere caricati velocemente, anche se solo un tipo di batteria al litio, quelle litio-titanato, ancora troppo costoso per essere usato nelle auto, sembra del tutto immune ai danni da supercharger.

Comunque, per evitare rischi, Batteryuniversity fornisce tre consigli per evitare invecchiamenti prematuri dell’accumulatore dell’auto elettrica:

• Cercate per quanto possibile di effettuare solo cariche lente, limitando quelle veloci solo a quando sono indispensabili.
• Non tentate di raggiungere il 100% di carica con i supercharger, se volete una carica completa, completatela con un caricabatteria a bassa potenza.
• Non usate supercharger se la temperatura della batteria è bassa o alta, se l’accumulatore è già vecchio o se non è specificamente adatto a quel tipo di carica.

Powered by WPeMatico