Batterie per auto elettriche: come sono fatte e come funzionano

Una volta erano cuori di giocattolo le batterie per auto elettriche, che facevano divertire i bambini su e giù per cortili, sentieri, strade pedonali di paese.

Oggi spostano “macchine vere”, e automobilisti e automobiliste si domandano come sono fatte e come funzionano. In questa pagina, ne parliamo, descriviamo brevemente le tecnologie utilizzate e i componenti immancabili per dar corrente al motore.

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Batterie delle auto elettriche, soluzione sostenibile per la mobilità

Le auto elettriche sono tutte verdi nell’immaginario, sotto la vernice metallizzata, perché protagoniste dell’organizzazione di una nuova mobilità sostenibile, che ha cura dell’ambiente.

Il cuore più verde di tutti è quello delle batterie, la risorsa strategica che dà vita tecnologica alle vetture green. Infatti, le automobili elettriche non diffondono emissioni nocive nell’ambiente proprio grazie al tipo di alimentazione che le caratterizza.

Come sono fatte le batterie delle auto elettriche: i componenti

Le automobili a trazione elettrica oggi montano batterie agli ioni di litio che contengono minerali indispensabili al loro funzionamento. Giocano un ruolo fondamentale nella costituzione di anodo e catodo, cioè elettrodo positivo ed elettrodo negativo tra cui si innesca la reazione chimica che garantisce l’alimentazione alla vettura.

Le batterie delle auto elettriche sono costituite da un insieme di celle contenenti anodo e catodo, raggruppate in moduli, a loro volta uniti in pacchi: questi elementi insieme al rivestimento, alla parte elettronica di controllo, e al sistema di raffreddamento costituiscono il pacco batteria.

Come funzionano le batterie delle auto elettriche

La batteria trasforma l’energia immagazzinata in corrente elettrica che il motore trasforma in energia meccanica per muovere l’automobile. La corrente elettrica è ottenuta da un processo chimico: un flusso di elettroni passa dal catodo, che li rilascia per ossidazione, all’anodo, che li riceve per riduzione. Quando la batteria è sotto carica, il flusso di elettroni torna dall’anodo al catodo. Gli elettroni si spostano attraverso un elettrolita liquido e attraversano un separatore.

Tecnologie delle batterie per auto elettriche

Le batterie auto sono quelle agli ioni di litio. Ma non sono tutte uguali, nella composizione dei minerali che permettono le reazioni chimiche al loro interno e nelle caratteristiche che le distinguono.

Per distinguere i diversi tipi di batterie del settore automotive, protagonisti sono proprio i minerali che costituiscono anodo e catodo tra cui scorre il flusso di elettroni. Gli accumulatori più diffusi nelle automobili elettriche sono quelli che utilizzano nickel, manganese e cobalto. Si tratta delle cosiddette batterie NMC, acronimo che deriva dalle iniziali dei tre minerali alla base del loro funzionamento.

Le batterie NMC

Il catodo delle batterie NMC è costituito dal litio e dai tre minerali, nickel, manganese e cobalto, in proporzioni diverse, 1 – 1 – 1 oppure 5 – 3 – 2. Il nickel assicura un ottimo stoccaggio dell’energia, mentre la struttura cristallina del manganese e la presenza del cobalto danno stabilità e sicurezza.

I produttori di batterie per auto elettriche di questa tipologia tentano di ridurre la percentuale di cobalto per contenere i costi, ma la modifica comporta un abbassamento di tensione delle celle.

Batteria al litio e manganese

Un altro tipo di batteria auto per modelli a trazione elettrica è quella al litio e manganese. La struttura microcristallina del manganese nel catodo assicura un buon flusso di elettroni riducendo la resistenza elettrica. Offre un ottimo controllo della corrente e una grande stabilità termica, essenziale per la massima sicurezza.

D’altra parte, le batterie al litio e manganese durano meno, sia nel tempo della singola ricarica, sia considerando l’intero ciclo di vita del prodotto. In più, offrono minore energia rispetto alle batterie con litio e cobalto.

Le batterie con nickel, cobalto e alluminio

Le batterie che funzionano con nickel, cobalto e alluminio sono chiamate “celle NCA” e hanno caratteristiche simili alle batterie NMC. Garantiscono un’elevata energia, una buona potenza e sono durature. L’aggiunta dell’alluminio al litio e all’ossido di cobalto aumenta la stabilità chimica e le rende oggetto interessante della ricerca sulla mobilità elettrica.

Il titanato di litio

Alcune batterie presentano l’anodo in titanato di litio mentre il catodo è costituito da manganese e ossido di litio, talvolta con una proporzione di cobalto. Questi accumulatori sono sicuri, resistenti, durano a lungo, offrono caratteristiche di scarica ottime a basse temperature, non sono interessati da depositi di litio sull’anodo.

Gli svantaggi però ci sono: costano di più e presentano una densità energetica relativamente bassa.

Le batterie per auto elettriche nel futuro

L’obiettivo di ricercatori e ricercatrici del settore è sviluppare batterie allo stato solido, cioè caratterizzate da un elettrolita non più liquido ma compatto. Il nuovo prodotto consentirebbe tempi di ricarica nettamente inferiori rispetto a quelli attuali e la possibilità di immagazzinare più energia. Così, ricaricare l’auto elettrica diventerebbe un po’ come si è sempre fatto benzina, senza però l’inquinamento della vecchia tecnologia.
In più, aumenterebbe il numero di chilometri percorribili in autonomia, senza necessità di attaccare il veicolo a una rete elettrica.

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