Auto elettriche: in arrivo una drastica riduzione dei prezzi

L’evoluzione delle batterie ricaricabili per auto ha raggiunto livelli tali da consentire la produzione di vetture elettriche competitive nel costo e nelle prestazioni con le vetture a combustione interna.

Dopo gli annunci sibillini di Tesla, che evidentemente voleva un palcoscenico più consono alle sue novità, e che si è vista costretta a rimandare a giugno l’appuntamento col Battery Day durante il quale presenterà dal vivo i nuovi prodotti, ecco, nel giro di pochi giorni, due annunci molto più diretti e specifici – di GM /LG Chem e di SVolt Energy – relativi alle batterie al litio di nuova generazione che a breve guideranno questa rivoluzione. Una rivoluzione frutto di tanti piccoli passi in avanti nelle modalità di funzionamento delle batterie, e che ha raggiunto una massa critica proprio in questi ultimi mesi. Insomma, non c’è stata la scoperta di laboratorio “disruptive”. Questa storia ricorda un po’ quella dei pannelli fotovoltaici il cui prezzo è passato in una ventina d’anni da parecchi dollari al watt a pochi centesimi, non tanto per una radicale cambiamento tecnologico, quanto per una continua e costante ricerca dei materiali e di processi produttivi ottimali. E naturalmente per il fortissimo incremento della produzione che ha consentito economia di scala molto spinte.

Tornando alle batterie, di cosa stiamo parlando, esattamente?

– Numero di ricariche e percorrenza. Grazie a nuove configurazioni interne e alla eliminazione/riduzione del cobalto, le nuove batterie possono essere ricaricate più di 4.000 volte prima di raggiungere un degrado significativo. Immaginando una ricarica ogni 250 miglia, con 4 mila ricariche si potranno percorrere più di un milione di miglia. Sicuramente la vettura si guasterà prima o il proprietario vorrà cambiale modello; in questo caso la nuova vettura potrà essere acquistata senza batteria e il proprietario potrà continuare a sfruttare la vecchia (si fa per dire) batteria. In pratica su quattro modelli di auto acquistati negli anni, uno solo dovrà essere munito di batteria. Provate ad immaginare il risparmio. Inoltre, alla fine del ciclo “automobilistico”, la batteria potrà essere utilizzata nei sistemi di stoccaggio di energia elettrica che funzionano anche con batterie meno performanti.

– Autonomia. Per le varie migliorie introdotte (le vedremo meglio in seguito), la densità energetica migliora dal 20 al 40% per cui sarà possibile utilizzare batterie di maggior capacità a parità di dimensioni e peso.  Ciò significa che la batteria standard (dalle vetture medie in su) avrà una capacità di circa 100 kWh, in grado di garantire un’autonomia di almeno 600 miglia (880 km), mettendo fine alla “ansia da ricarica”.

– Costo. Attualmente il prezzo di riferimento delle batterie è di $ 135/kWh mentre quando i nuovi modelli usciranno dalle fabbriche  (a fine 2020/inizio 2021) il prezzo sarà di $100/kWh per poi scendere ulteriormente a $ 80/kWh.

– Green. Le nuove soluzioni utilizzano una minor quantità di cobalto o non ne utilizzano affatto. Oltre ad un notevole risparmio (il cobalto costa circa 30 Euro al chilo e Tesla ne utilizza 13 kg per ogni sua batteria), l’impiego del cobalto pone non pochi problemi di natura ambientale e sociale.

Una batteria nuova da 100 kWh, potrebbe dunque costare mediamente 8-10 mila dollari, ma il costo finale per l’utente potrebbe essere molto più basso se consideriamo quanto abbiamo detto in riferimento al numero di ricariche. Un costo reale omnicomprensivo tra 3 e 5 mila dollari potrebbe essere una cifra plausibile.

E con un costo della batteria da 100 kWh di 3-5 mila dollari, immaginare di realizzare una vettura elettrica di pari dimensioni che costi meno di una vettura con motore termico non è affatto un sogno. Tutt’altro. Un motore elettrico è molto più semplice ed economico di un motore a scoppio, non richiede, praticamente, manutenzione e ha un rendimento superiore; inoltre, facendo il “pieno” con la rete elettrica di casa, il costo chilometrico d’esercizio della vettura elettrica risulterà molto più basso (ma questo riguarda il dopo).

Rimane il problema dei tempi e delle modalità di ricarica, nonché quello della diffusione delle colonnine stradali. Per quanto riguarda i tempi, molto è stato già fatto ed oggi è possibile, in 15-20 minuti, ricaricare del 60% la propria batteria. Anche in questo campo, tuttavia, è probabile che a breve ci siano dei miglioramenti significativi o che cambi completamente il paradigma relativo alla ricarica, con l’adozione di batterie in parte o completamente swappabili. Ciò consentirebbe di raggiungere tempi di ricarica simili a quelli delle vetture diesel o benzina.

Così come non è escluso che il mercato dell’auto elettrica (o gran parte di esso) imbocchi strade molto diverse.

La considerazione che il 95% delle vetture compie oggi un tragitto medio giornaliero non superiore ad alcune decine di chilometri, nonché il ridotto costo del motore elettrico e delle nuove batterie, potrebbe dare un fortissimo impulso al mercato delle vetture plug-in, con batterie da 15/20 kWh e motore elettrico da 100/150 kW, oltre naturalmente al motore endotermico. In questa configurazione l’autonomia in modalità esclusivamente elettrica potrebbe superare i 100 km (dopodiché entrerebbe in funzione il motore a scoppio) e la ricarica la sera potrebbe essere effettuata più facilmente con l’impianto domestico. Per quanto riguarda le aree metropolitane, gli effetti sull’inquinamento sarebbero identici a quelli di una flotta di vetture completamente elettrica. Nei lunghi viaggi le batterie verrebbero ricaricate dal motore a scoppio in modo da poter passare in modalità elettrica all’ingresso di un’area metropolitana. I costi (leggermente superiori) potrebbero essere compensati dalla possibilità di avere una vettura più performante, quasi sportiva, attivando insieme (quando possibile) i due motori.

C’è già chi suggerisce la trazione anteriore in pura modalità elettrica (guida cittadina), quella posteriore in modalità autostradale con motore termico (guida più rilassata) e quella combinata in strade statali e percorsi di montagna (più sportiva).

Ma torniamo agli annunci dei vari produttori. Dopo quanto abbiamo riferito di Tesla alcuni giorni fa, General Motors ha presentato lo stato dell’arte delle nuove batterie di Ultium Cells LLC, la joint venture tra GM e LG Chem.

Le nuove batterie presentano una struttura a marsupio di grande formato, con una combinazione chimica NCMA (nichel, cobalto, manganese e alluminio) sviluppata all’interno di GM. Rispetto alle celle NCM esistenti, hanno un contenuto di cobalto inferiore e aggiungono alluminio alla struttura del catodo per una maggiore durata.

Sono anche in fase di sperimentazione celle a zero-cobalto e zero-nichel, nonché con additivi elettrolitici e zeolite. “Abbiamo una durata della batteria di milioni di miglia, soprattutto nell’utilizzo della mobilità condivisa” ha affermato Tim Grewe, direttore globale dei sistemi di elettrificazione e batterie di GM.

La tecnologia del separatore, la diversa tecnologia del collettore di corrente, i catodi iper-litiati, la lavorazione dell’elettrodo secco e le miscele di anodi con ossidi, sono gli altri metodi che l’azienda sta prendendo in considerazione per migliorare la ricarica rapida, ridurre i costi e raggiungere l’autonomia di 600 miglia.

E poi c’è la cella al litio-metallo che GM ha mostrato nel suo EV Day di marzo.

GM sta pianificando i suoi veicoli di prossima generazione attorno a celle di grande formato, con una preferenza per le celle a marsupio, che possono essere disposte orizzontalmente o verticalmente in moduli, con 6-24 moduli che aggiungono da 50 a 200 chilowattora. Ogni cella ha circa la capacità energetica di 20 celle cilindriche utilizzate da Tesla.

Il sistema di gestione wireless del modulo sovrintende alle celle di quel modulo, quindi un’architettura complessiva collega i moduli. “Quella connessione wireless è una delle nostre più grandi  flessibilità che abbiamo“,  ha dichiarato Grewe.

Grewe ha anche previsto che ben presto le batterie arriveremo ad una densità di energia volumetrica di un kWh per litro. “Siamo certi che non siamo in nessun punto vicino alla parte inferiore della curva dei costi della batteria“, ha affermato.

La nuova joint venture fornirà le batterie per la produzione di GM negli Stati Uniti con una capacità annua che potrebbe arrivare fino a 30 gigawattora.

L’altro annuncio arriva dalla cinese SVolt, un produttore di batterie indipendente, di proprietà sino ad alcuni anni fa di Great Wall Motors.

Dopo i comunicati di un anno fa, SVolt annuncia per bocca del suo presidente Yang Hongxin la nuova cella L6, sottile e completamente priva di cobalto, in grado di raggiungere le stesse performance dei suoi concorrenti. “Utilizzando materiali Co-free a cristallo singolo e tecnologia di impilamento per la progettazione delle celle, oltre al design array-PACK e al processo di produzione intelligente di livello automobilistico, abbiamo creato una batteria che ha un’autonomia di oltre 800 chilometri”.  Secondo Hongxin le nuove batterie senza cobalto sopportano più cicli di ricarica, sono più sicure e hanno una maggiore densità energetica.

Questa rapidissima e significativa evoluzione tecnologica nel campo delle batterie pone una domanda: vale la pena di acquistare oggi una vettura elettrica o conviene aspettare 12-18 mesi per usufruire di un costo sicuramente molto più basso?