Il mercato delle batterie al litio metallico sta riscuotendo un interesse sempre crescente grazie alla maggiore densità energetica del litio rispetto agli anodi in grafite. Questo potrebbe essere particolarmente importante in una delle principali applicazioni di questa tecnologia, il mercato dei veicoli elettrici, che attualmente rappresenta il settore con la maggiore domanda globale di batterie, che secondo IDTechEx dovrebbe superare i 1.000 GWh quest’anno. Il rapporto di IDTechEx, “Lithium Metal Batteries 2025-2035: Technology, Players, and Forecasts“, esamina i vari tipi di batterie al litio che stanno per essere commercializzate, incluse le batterie allo stato solido e al litio metallico con elettrolita liquido come principali applicazioni, e i relativi vantaggi e svantaggi.
Tecnologie per anodi agli ioni di litio ad alta energia
Gli anodi in grafite convenzionali si sono affermati come una scelta affidabile e hanno una chimica delle batterie matura, sebbene stiano iniziando a dimostrare di non essere in grado di raggiungere livelli di prestazioni più elevati dove necessario per lo sviluppo di applicazioni per batterie. IDTechEx segnala anche alcune preoccupazioni relative alla sicurezza e alla disponibilità dei materiali, il che significa che, sebbene possano essere più facili da produrre rispetto ad alcune alternative in crescita, l’attenzione delle aziende produttrici di batterie potrebbe essere meglio concentrata altrove.
Le batterie allo stato solido che utilizzano elettrolita solido sono note per le loro caratteristiche di sicurezza avanzate e l’elevata densità energetica, consentendo l’utilizzo del litio come anodo in modo più sicuro rispetto al passato. La difficoltà con lo stato solido risiede nei processi di produzione e nella necessità di eliminare completamente l’elettrolita liquido.
Le batterie al litio-metallo con elettrolita liquido sono note anche per la loro elevata densità energetica e sono più facili da produrre rispetto a quelle allo stato solido. Gli svantaggi di queste particolari composizioni chimiche delle batterie sono la loro bassa durata e le scarse stabilità e sicurezza, che le rendono un’opzione meno vantaggiosa, in particolare per le applicazioni EV.
Le batterie con anodo al silicio sono state un’altra opzione preferita nel mercato delle batterie grazie alla loro maggiore sicurezza combinata con, ancora una volta, una buona densità energetica. Sebbene i costi iniziali durante la commercializzazione iniziale possano essere elevati, potrebbero alla fine essere disponibili a un prezzo accessibile, il che significa che la produzione potenzialmente complessa dei materiali potrebbe essere ripagata.
Dendriti di litio e mantenimento delle prestazioni
I dendriti di litio sono stati una delle principali cause del rallentamento dell’adozione delle batterie al litio, dovuto alla reazione del metallo con l’elettrolita. Nel tempo, i dendriti possono causare la formazione di sacche di litio inerte nello strato dell’elettrolita, con conseguente perdita di materiale attivo all’interno della batteria e conseguente riduzione del ciclo di vita. I dendriti potrebbero anche potenzialmente passare dall’anodo al catodo, creando un cortocircuito. Sebbene approcci come il rivestimento del separatore possano essere adottati per evitare che ciò accada, IDTechEx riporta che ciò porterebbe a un aumento dei costi di produzione, sollevando la questione se i potenziali svantaggi degli anodi al litio metallico possano superare quelli positivi.
Pressione, temperatura e carica-scarica sono tutti altri fattori che potrebbero contribuire a mantenere le batterie al litio metallico in condizioni ottimali. Sono in grado di funzionare al meglio in un ambiente con pressione più elevata, quindi è possibile apportare modifiche al modulo per mantenere la pressione richiesta. Analogamente, mantenere le batterie a temperature più elevate e caricarle più lentamente per un periodo di tempo più lungo contribuirà a prevenirne il degrado. Tuttavia, questo potrebbe non essere sempre fattibile, quindi la scelta di utilizzare batterie al litio metallico dipenderà fortemente dall’applicazione.
Un focus più ampio sul litio metallico
Il rapporto di IDTechEx include un benchmarking dettagliato di diverse tipologie di tecnologie al litio metallico, confrontandone la disponibilità per la commercializzazione, l’energia specifica, la densità energetica, la potenza, il ciclo di vita, i costi e la sicurezza. Il rapporto si concentra anche sulle diverse opzioni di catodi che possono essere utilizzati con il litio metallico per determinare l’efficacia della batteria.