Uno sguardo al futuro: la tecnologia a batteria intercambiabile

Una storia di successo nella ricerca globale:
la vittoria della batteria agli ioni di litio

Nel corso della storia, sono spuntate tecnologie che hanno un profondo impatto sulla vita umana: la batteria agli ioni di litio è una di queste. Il driver iniziale di questa tecnologia proveniva dai dispositivi elettronici di intrattenimento degli anni '70, quando iniziò la ricerca di un'alternativa alle batterie usa e getta utilizzate nei Walkman e simili. È stato rapidamente riconosciuto che le batterie agli ioni di litio avevano un grande potenziale perché sono ad alta intensità energetica, dimensioni compatte e non sono sensibili all'effetto memoria. Tuttavia, c'erano problemi: erano altamente infiammabili e inclini a cortocircuiti all'interno della cellula. Gli scienziati hanno dovuto affrontare questi problemi e, in una certa misura, lo stanno ancora facendo. Una svolta decisiva è avvenuta sotto forma di ricerca di John B Goodenough (USA), M Stanley Whittingham (Regno Unito) e Akira Yoshino (Giappone), che ha ricevuto il premio Nobel per la chimica 2019. Le prime batterie ricaricabili agli ioni di litio sono state prodotte nel 1983 e sono state lanciate sul mercato da Sony nel 1991. Da allora sono state inarrestabili, come confermato dalle statistiche: nel 2019 il mercato globale valeva circa. 40 miliardi di euro. Si prevede che raggiungerà i 60 miliardi di euro entro il 2022.

Dalla musica alla mobilità alla pulizia industriale:
le batterie migliorano i sistemi in tutti i tipi di luoghi.

Considera il tuo telefono cellulare, fotocamera digitale, laptop o torcia: a malapena esiste un gadget elettronico che attualmente non funziona con batterie agli ioni di litio. Questa tecnologia è più leggera, più piccola e offre una capacità e prestazioni maggiori rispetto alle normali batterie al nichel-cadmio o al nichel-metallo idruro. Questo è un fattore significativo per dispositivi pratici come utensili elettrici, attrezzature da giardinaggio, aspirapolvere e simili - sia in ambienti domestici che commerciali. L'elettromobilità è un altro argomento caldo. Le batterie agli ioni di litio possono essere interconnesse, il che significa che più batterie possono essere collegate insieme per formare un alimentatore. Questa tecnica è utilizzata in tutti i tipi di veicoli, dalle bici elettriche, scooter elettrici e Segway alle auto e agli autobus ibridi ed elettrici. Anche nel fotovoltaico, le batterie agli ioni di litio si sono dimostrate utili per l'accumulo di energia grazie alle dimensioni compatte, alla lunga durata e alla mancanza di requisiti di manutenzione. Una durata domestica di 6.000 cicli è standard, per un totale di circa 20 anni, all'incirca la stessa di un impianto fotovoltaico.

Oggi: ioni di litio. Domani…?
Dove stiamo andando?

La tecnologia agli ioni di litio è ovunque in questi giorni e ha reso possibili soluzioni sostenibili in alcune aree. Sarebbe difficile da sostituire. Tuttavia, l'elettromobilità è un fattore che sta aumentando la domanda di accumulo di energia in modo così drammatico che questa tecnologia probabilmente non sarà in grado di soddisfare tale domanda da sola. Per non parlare di problemi come prestazioni più elevate e cicli di ricarica più brevi, che possono essere affrontati meglio utilizzando altre tecnologie, anche se esiste ancora un potenziale di sviluppo nelle celle al litio. Infine, la disponibilità delle materie prime - principalmente cobalto e litio - diventerà problematica a medio termine.

La ricerca di alternative è quindi ben avviata. Un'opzione è la batteria elettrolitica a stato solido, che non contiene fluidi, ma solo un elettrolita a stato solido come conduttore elettrico. Si prevede che raggiunga un raggio di almeno 500 km per i veicoli elettrici e si ricarica in pochi minuti. La ricerca attuale si sta concentrando su materiali e tecniche di produzione. Un'altra opzione è la batteria al magnesio, che dovrebbe essere più potente, più economica e più sicura delle attuali batterie agli ioni di litio. Per non parlare del fatto che il magnesio è mille volte più comune del litio come materia prima. Ed è più facile da riciclare.

Abbiamo bisogno di batterie ovunque?
Sostenibilità e opzioni di riciclaggio.

Dal punto di vista della sostenibilità, ci sono pro e contro nella tecnologia agli ioni di litio. Da un lato, viene utilizzato per scopi quali i veicoli elettrici e lo stoccaggio di energia per l'alimentazione da sistemi fotovoltaici: passi chiave verso un futuro più rispettoso dell'ambiente. Dall'altro, le batterie sono attualmente in uso con pochissime restrizioni: anche i trainer e i jumper hanno luci adesso e le cannucce sono decorate con LED! Ciò è contrario al nostro progresso verso un uso responsabile delle risorse. Il riciclaggio è un ulteriore problema in quanto gli attuali metodi non sono sufficienti per far fronte all'alto numero di batterie dei veicoli in circolazione.

Si prevede che presto il cobalto e altri materiali scarseggeranno, quindi sono in cantiere soluzioni. La fusione termica, ad esempio, può essere utilizzata per recuperare cobalto, nichel e rame. Un altro approccio è quello di distruggere le batterie altamente infiammabili in atmosfera di azoto. Ciò che rimane è materiale triturato, dal quale possiamo riciclare grafite, manganese, nichel e cobalto. La batteria può quindi essere riprodotta con un'impronta di carbonio inferiore del 40% rispetto alla produzione di una nuova batteria da zero. Ci sono molte altre variazioni sul tema, ma l'obiettivo è lo stesso: conservare l'energia e riutilizzare la maggior parte possibile delle materie prime.

Lo schema di Second Life ha un approccio diverso, usando vecchie batterie per accumulare energia stazionaria. Le batterie dei veicoli elettrici non funzionano più abbastanza da soddisfare i requisiti di autonomia dopo otto o nove anni, quindi devono essere sostituite, ma funzionano ancora. Diverse case automobilistiche intendono quindi utilizzare queste batterie con capacità di carica ridotta in un grande magazzino di energia stazionaria.

C'è molto da fare nella tecnologia delle batterie e il viaggio verso il futuro sarà una cosa in particolare: eccitante.

KÄRCHER E LA TECNOLOGIA A BATTERI:

Quattro domande per il dott. Jan Becker, responsabile del nostro sistema centrale di accumulo di energia

Quando Kärcher ha introdotto per la prima volta sul mercato i dispositivi alimentati a batteria?

Abbiamo prodotti con batterie nel nostro portafoglio da oltre 30 anni e offrono tutti i soliti vantaggi. Ci siamo sempre chiesti dove la loro applicazione abbia più senso per i nostri clienti e come affrontare le sfide tecniche.

Con il Kärcher Battery Universe, stai lanciando due nuove piattaforme di batterie. Qual è stato l'obiettivo nello sviluppo di questi?

C'erano diversi fattori importanti da tenere a mente, tra cui prestazioni e tempo di esecuzione aumentati e un display accurato che mostra il tempo di ricarica e il tempo di funzionamento rimanente fino al minuto. Sono disponibili batterie da 18 V e 36 V con capacità diverse. Tutte le batterie in una classe di tensione si adattano a tutti i dispositivi.

Quali prodotti saranno disponibili?

Nella gamma Home & Garden, i nuovi prodotti a batteria sono sul mercato dalla primavera del 2019. La gamma comprende idropulitrici, aspiratori a secco e umido e vari attrezzi da giardinaggio. La nostra gamma professionale sarà lanciata nel 2020 e comprende aspiratori umidi e asciutti, nonché strumenti professionali per mantenere gli spazi verdi. E siamo la prima azienda al mondo a lanciare un pulitore ad alta pressione a batteria per uso commerciale.

Le batterie agli ioni di litio saranno ancora in circolazione per un po', ma le prossime tecnologie sono già ai blocchi di partenza. Qual è la risposta di Kärcher?

Le nostre piattaforme sono progettate in modo da poter adattare facilmente nuove tecnologie cellulari nella nostra interfaccia. Questo è un modo importante per offrire ai nostri clienti soluzioni a prova di futuro.

Potrebbe interessarti anche: