Ricerche di mercato sulle batterie agli ioni di litio

Sintesi

È in corso un inevitabile cambiamento man mano che l’industria automobilistica passa dai tradizionali veicoli alimentati a benzina a modalità di trasporto più efficienti in termini di consumo di carburante e rispettose dell’ambiente. Attualmente, i veicoli ibridi e quelli elettrici si stanno facendo strada nel mercato globale, ma il progresso è lento e gli ostacoli sono molti. Finora, questi veicoli non hanno restituito molti profitti ai loro produttori, ma con il miglioramento della tecnologia delle batterie, la situazione cambierà sicuramente. La domanda è: quanto tempo ci vorrà?

Le batterie agli ioni di litio hanno visto un maggiore utilizzo negli ultimi anni. Con un mercato delle batterie che dovrebbe superare $33 miliardi entro il 2019 e $26 miliardi entro il 2023. I prossimi anni dovrebbero vedere una proliferazione di batterie in stile sacchetto, con aziende come LG Chem che sviluppano materiali di imballaggio in grado di resistere alle alte temperature e si prevede che fornire una densità di potenza di 400 kWh nel prossimo futuro. Sebbene siano in fase di sviluppo fonti di carburante completamente nuove, gli ioni di litio continueranno a essere la tecnologia preferita nei prossimi cinque-dieci anni. Anche i costi di produzione continueranno a diminuire fino al 30% in quel periodo di tempo. Le innovazioni attuali saranno molto probabilmente adottate entro il 2020, ma scoperte più grandi non sono previste prima del 2025.

Il successo di Tesla e l’annuncio di una nuova GigaFactory in Nevada hanno suscitato grande entusiasmo nel settore. La produzione di massa di batterie potrebbe consentire ulteriori riduzioni dei costi e un miglioramento accelerato dell’autonomia ibrida ed elettrica. L'ansia da autonomia continua a rappresentare un grosso problema per i produttori poiché i potenziali proprietari sono dissuasi dall'acquisto per paura di non essere in grado di viaggiare lontano tra i veicoli a pagamento e di non avere molte strutture per la ricarica comodamente disponibili.

La produzione delle batterie a celle cilindriche di Tesla, prodotte da Audi e Porsche, aumenterà poiché lo sviluppo cilindrico sembra essere piuttosto promettente. Inoltre, anche la produzione di catodi NTA aumenterà poiché è stato dimostrato che hanno una densità maggiore e la loro capacità continua ad aumentare. Molto probabilmente gli anodi di silicio domineranno il mercato in futuro man mano che la loro popolarità aumenterà.

La tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno sta avanzando rapidamente, ma non si prevede che avrà un forte impatto sul mercato prima del 2020. Nel frattempo, le batterie agli ioni di litio continueranno a proliferare. Così facendo, si prevede che la loro capacità migliorerà al ritmo di 5% all’anno, mentre la loro potenza e densità di energia continueranno ad avanzare. Fonti di batterie migliori e più efficienti sono in fase di ricerca e sviluppo in tutto il settore, ma non saranno implementate per almeno 5-7 anni.

Il recente crollo dei prezzi globali del petrolio è stato particolarmente dannoso per il progresso degli ibridi e dei veicoli elettrici sul mercato. Poiché gli automobilisti si preoccupano meno del costo del carburante (soprattutto negli Stati Uniti), sono più propensi ad acquistare veicoli tradizionali alimentati a benzina. La maggior parte ritiene che i prezzi del petrolio siano destinati a salire di nuovo, il che indurrà gli automobilisti a considerare ancora una volta i veicoli ibridi/elettrici. Nel frattempo, i produttori di automobili stanno osservando con ansia gli sviluppi del prezzo del petrolio per vedere cosa accadrà e gli sviluppatori di batterie rimangono al lavoro, facilitando i progressi che arriveranno quando saranno necessari.

Un altro serio ostacolo alle vendite di veicoli ibridi/elettrici è la mancanza di infrastrutture significative per le stazioni di ricarica. Al momento sono pochi e rari, concentrati soprattutto sulle coste, e gli automobilisti sono cauti nell’acquistare un veicolo elettrico che non possono accendere comodamente quando lo desiderano. Naturalmente, questo cambierà gradualmente per necessità. La domanda è: quanto velocemente? L’avvento della ricarica wireless contribuirà inoltre a ridurre i tempi di ricarica e renderà più semplice per gli automobilisti prendere decisioni ecologiche riguardo all’acquisto di veicoli. In definitiva, la domanda di veicoli ibridi/elettrici aumenterà, in modo più significativo in Europa e Cina. Con l’aumento della domanda, aumenterà anche la domanda di batterie agli ioni di litio.

Non molto tempo fa, molti prevedevano che i plug-in avrebbero costituito il 30% del mercato entro il 2020, ma i bassi prezzi del petrolio hanno ridimensionato tali aspettative. Oggi, molto interesse è focalizzato su chi assumerà la guida della produzione e dello sviluppo di batterie su larga scala e su dove sarà centrata geograficamente la produzione. La Cina sembra un buon candidato per guidare il “pacco batterie”, poiché molte potenziali sedi negli Stati Uniti sono ostacolate da normative ambientali più severe relative ai metalli tossici. Anche Corea e Giappone mostrano promesse competitive e sicuramente emergeranno come attori importanti. Il 2025 sembra più realistico come data obiettivo per qualsiasi progresso significativo dei veicoli ibridi/elettrici nel mercato internazionale.

Verso il 2030 ci saranno maggiori opportunità per lo sviluppo di nuovi prodotti, tra cui il litio-aria. I costi delle batterie rimarranno gli stessi, ma la densità energetica raddoppierà e la potenza non cambierà. I polimeri di litio si dimostrano molto promettenti, ma solo se l’anodo di litio metallico non può essere perfezionato. Esistono pericoli di incendio associati alla tecnologia che devono essere risolti.

Scoperte entusiasmanti sono all’orizzonte, ma sono ancora in fase di ricerca e sviluppo. La tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno è forse la più vicina alla realizzazione con alcune applicazioni pratiche già in atto. Più avanti, tecnologie sofisticate come i nanotubi di grafene/carbonio, alluminio-aria, zinco-aria e molte altre, sono tutte idee potenzialmente realizzabili in fase di sviluppo.

La società emergente SAKTI3 nel Michigan sta sviluppando una batteria che, secondo loro, raddoppierà la densità energetica degli ioni di litio a un quinto del costo. Potrebbe essere questa la tecnologia che offre ai clienti il prezzo e l’autonomia di cui hanno bisogno per passare a un’auto ecologica? Sakti3 ha accumulato $30M in finanziamenti per la ricerca da sostenitori come industriali giapponesi, Itochu, Khosla Ventures, General Motors e lo stato del Michigan.

Un altro aspetto promettente della tecnologia delle batterie agli ioni di litio è il riutilizzo dell’EOL (fine vita). Una volta terminato il loro scopo iniziale di alimentare un veicolo ibrido o puramente elettrico, le batterie agli ioni di litio possono ancora essere utilizzate per altri scopi come fornire energia a ospedali, edifici e applicazioni di rete. Nella seconda vita di una batteria, questa può essere utilizzata per altri dieci anni e poi può essere riciclata. Successivamente una parte potrebbe essere raccolta per altri usi. A tal fine, alcuni si aspettano che i governi impongano disposizioni sulla seconda vita per prolungare la durata delle batterie agli ioni di litio.

I principali fattori trainanti per lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio mentre ci avviciniamo al 2020 sono gli incentivi governativi per aiutare la crescita del settore EV/PHV e le pressioni ambientali provenienti da Medio Oriente, Europa, Stati Uniti e Asia. Oltre a ciò, la crescita arriverà dagli acquirenti della generazione Y interessati a possedere auto ecologiche. Le applicazioni convenzionali come l’alleggerimento e l’aumento dell’efficienza dei motori a benzina, dei motori diesel e delle trasmissioni possono contribuire a soddisfare i requisiti di risparmio di carburante, ma non abbastanza per soddisfare le normative governative per il 2020.

Qualunque ostacolo si frapponga allo sviluppo di veicoli ibridi/elettrici, sarà sicuramente superato, poiché il futuro richiederà veicoli più efficienti dal punto di vista energetico e rispettosi dell’ambiente. La ricerca globale della migliore batteria possibile è in corso e sono sul punto di verificarsi scoperte drammatiche. I progressi si stanno verificando rapidamente mentre i brillanti progettisti di batterie corrono per soddisfare le richieste di un mercato automobilistico in rapida evoluzione.

introduzione

Sebbene i veicoli ibridi e quelli completamente elettrici debbano ancora diventare veramente comuni sulle strade di tutto il mondo, è in atto un inevitabile cambiamento con la transizione dai tradizionali veicoli alimentati a benzina a modalità di trasporto più efficienti in termini di consumo di carburante e rispettose dell’ambiente. Mentre si verifica questo cambiamento, con esso arrivano l’innovazione e il rapido cambiamento guidati dalla necessità di trovare tecnologie applicabili per facilitare una trasformazione così drammatica.

Per anni la batteria al piombo è stata la fonte di energia per i nostri veicoli e dispositivi che necessitavano di alimentatori autonomi. Oggi assistiamo all’avvento della batteria agli ioni di litio. Alimentato da una fonte di materia prima facilmente disponibile, il metallo più leggero conosciuto dall’uomo, il litio ha rivoluzionato il settore delle batterie e non mostra segni di rallentamento negli anni a venire.

Si prevede che il mercato delle batterie agli ioni di litio continuerà a fornire opportunità di crescita affidabili almeno fino al 2020. Gli utenti finali che guidano tale crescita sono i produttori di automobili, i produttori di beni industriali, i fornitori di dispositivi di consumo, la rete e il segmento dello stoccaggio di energia rinnovabile. Il passaggio ai veicoli ibridi ed elettrici è servito solo ad accelerare l’avvento dello sviluppo delle batterie agli ioni di litio. Lavorando costantemente per migliorare la tecnologia esistente, i produttori si sforzano di costruire batterie che siano più leggere ed efficienti e possano portare i veicoli più lontano tra una ricarica e l'altra. Le scoperte si verificano costantemente, promettendo un futuro pieno di batterie che offrono realmente prestazioni in grado di soddisfare le esigenze delle aziende, dei consumatori e dell’ambiente.

Oltre ai trasporti, esistono mercati redditizi per gli ioni di litio in molte altre aree. I più importanti sono il settore sanitario, i produttori mondiali e le applicazioni militari. Oltre a ciò, è un pianeta alimentato a batteria, che ha bisogno di energia per mantenersi in movimento e ruotare verso il futuro.

Navigare in questo mercato in continua evoluzione dello sviluppo delle batterie è complicato, ma gli investitori e gli operatori emergenti sanno che la luce verde è accesa e stanno andando avanti con coraggio per rivendicare una parte dell’azione, vedendo un mercato regolamentato pronto per fonti di energia verde e maggiore carburante efficienza. Coloro che sapranno affrontare al meglio le complessità che circondano questo mercato attendono profitto e successo.

Il progresso delle batterie agli ioni di litio continuerà poiché i maggiori investimenti in ricerca e sviluppo supportano il miglioramento delle prestazioni delle batterie e la riduzione dei prezzi per i consumatori. Da un punto di vista competitivo il mercato è segmentato con fornitori come integratori di pacchi batteria e produttori di celle. Tuttavia, il consolidamento è destinato a continuare poiché gli interessi più piccoli probabilmente non sopravvivranno ai grandi investimenti di capitale necessari per far fronte alle spese di ricerca e sviluppo e alla tendenza al ribasso dei prezzi. Si prevede che la domanda di mercato per le batterie agli ioni di litio sarà più significativa in Nord America e nella regione Asia-Pacifico. Anche i paesi europei cercheranno fonti energetiche alternative simili. Ecco una ripartizione della percentuale prevista della quota di mercato globale per l'uso delle batterie agli ioni di litio prevista per l'anno 2020 da Frost e Sullivan:

IT, sanità e telecomunicazioni saranno settori che forniranno una maggiore domanda di prodotti a base di ioni di litio. Questi, insieme agli interessi dei consumatori, della rete, dell’automotive e delle energie rinnovabili, potrebbero portare a una situazione in cui la domanda supera l’offerta.

Litio: il metallo più leggero

Il litio nella sua forma più vera è un elemento chimico volatile. È infiammabile e può esplodere se esposto a temperature elevate. Viene estratto da rocce ignee come lo spodumene e, più comunemente, dai sali di cloruro di litio nelle vasche saline. Bolivia e Cile sono i principali paesi di provenienza, anche se la politica e le preoccupazioni economiche spesso intervengono per complicare l’estrazione in quei paesi. Anche Australia, Argentina, Cina e Stati Uniti hanno forniture pronte di litio.

Si stima che nel deserto cileno di Atacama ci siano 28,4 milioni di tonnellate di litio recuperabile, sufficienti per circa 1,58 miliardi di PHEV o 400 milioni di veicoli elettrici. Inoltre, è riciclabile e potrà essere utilizzato in futuro per altre applicazioni. Fino a quando non arriverà qualcosa di meglio, il litio è la via di oggi e del prossimo futuro.

Le previsioni del settore dipingono un quadro luminoso per la produzione e la vendita di batterie agli ioni di litio. In effetti, questi tempi di boom esistono in tutti i settori, compresi i veicoli elettrici, lo stoccaggio dell’energia e l’elettronica di consumo. Al centro di questa crescita c’è l’innovazione. A livello globale, si stima che il solo mercato globale delle batterie agli ioni di litio per autoveicoli genererà $9,6 miliardi di affari entro il 2015. Si prevede che raggiungerà $33,1 miliardi entro il 2019, con un tasso di crescita annuo di 14,4% nei prossimi sette anni. Entro il 2023, il fatturato mondiale derivante dalle batterie agli ioni di litio raggiungerà $26,1 miliardi. La comprovata affidabilità delle batterie agli ioni di litio ha permesso che ciò accadesse.

Con il proliferare dell’innovazione e l’espansione del mercato, il costo delle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici continua a diminuire rapidamente. Si stima che si ridurranno a $100/kWhr entro il 2025. Esiste un certo scetticismo. Lux Research prevede $400/kWhr entro il 2020. Altre fonti citano un benchmark di $150 come punto di prezzo che renderà i veicoli elettrici a batteria accessibili al pubblico.

La crescita persistente ma misurata del mercato delle batterie agli ioni di litio ha reso la vita difficile ad alcuni produttori di batterie. Lungo il percorso si sono verificati fallimenti o chiusure di aziende mentre aziende più grandi e affermate resistono e aspettano che il mercato delle trasmissioni per veicoli elettrici proliferi in tutto il mondo. Tra i leader ci sono Johnson Controls, AESC e LG Chemical. Nel frattempo, la ricerca indica sorprendenti balzi in avanti nella capacità delle batterie nei prossimi anni e un costante aumento delle vendite di veicoli ibridi ed elettrici sulle nostre strade, in aria e in mare, generando vendite per oltre $533 miliardi entro il 2025.

Tecnologie emergenti

Attualmente, le auto ibride stanno guadagnando una posizione decente nel mercato e si prevede che le auto elettriche pure seguiranno l’esempio nei prossimi cinque anni, man mano che i problemi tecnici saranno risolti e i costi diventeranno più convenienti per i consumatori. Finora Toyota e Tesla si sono posizionate bene, mentre alcune altre non sono rimaste indietro nello specchietto retrovisore. Alcuni collaboreranno per migliorare le loro possibilità. In gioco ci sono innumerevoli miliardi per i sopravvissuti e il possibile oblio per i perdenti. Nel frattempo, la tecnologia continua a muoversi, pensando oltre gli ioni di litio, poiché nulla rimane statico. Diamo uno sguardo ad alcune tecnologie emergenti: il loro potenziale e le loro insidie.

Batterie al litio-aria — IBM lavora sulle batterie al litio-aria dal 2009. Il litio-aria fornisce una migliore densità di energia alterando la chimica della batteria, creando una reazione risultante che attira ossigeno dall'atmosfera e successivamente produce ossigeno durante la ricarica. I pronostici vedono la tecnologia come una rivelazione, immaginando un giorno in cui le auto potrebbero percorrere migliaia di miglia senza bisogno di ricarica. Tuttavia, ci vorranno almeno 5-15 anni per l’attuazione.

Duello batterie al carbonio – Potenza Giappone Plus — Esistono limitazioni agli ioni di litio. Il tempo di ricarica è troppo lungo. Non sono particolarmente “densi di energia”. Sono potenzialmente volatili (calore, incendi ed esplosioni). Inoltre perdono potenza dopo ripetute ricariche. La tecnologia a doppio carbonio sostituisce i terminali all'ossido di litio con carbonio semplice. Non si surriscaldano e si caricano fino a 20 volte più velocemente. Il carbonio si ottiene facilmente e anche il degrado nel tempo è ridotto.

Ultracondensatori al grafene – Tesla mostra interesse — In questo caso, al posto delle batterie vengono utilizzate piastre cariche separate da resistori. L'elettricità viene quindi trattenuta in un campo elettrostatico per essere successivamente scaricata. Ci sono problemi con lo stoccaggio e lo scarico che devono ancora essere risolti. Con il grafene è possibile generare celle con un'enorme capacità e densità di energia senza degenerazione nel tempo. La ricarica è praticamente istantanea. Finora, i prototipi hanno mostrato grandi promesse. Elon Musk è stato ispirato a predire che “il futuro non sono le batterie, ma i supercondensatori”. Il tempo lo dirà.

Batterie al litio-immide – Energie di Leydon — È stato dimostrato che la litio-immide limita l'espansione termica a temperature estremamente calde. Leydon produce anodi a base di silicio che facilitano una maggiore densità di energia rispetto agli anodi a base di carbonio.

Batterie agli ioni di litio SuperPolymer 2.0 – Electrovaya, Inc. — Questa tecnologia migliora l’efficienza e la potenza della batteria in molte applicazioni ed elimina in modo vantaggioso l’N-metilpirrolidone (NMP), che ha dimostrato di essere pericoloso per l’uomo. Si ritiene che il SuperPolymer 2.0 abbia una migliore resistenza al fuoco e possa funzionare entro ampi parametri di temperatura.

Batterie al carburo di silicio e al nitruro di gallio — Presentano vantaggi che facilitano un notevole potenziale di risparmio di denaro. Conosciuti come materiali a banda larga (WBG), sono più efficienti del silicio se utilizzati nell'elettronica di potenza. I dispositivi che li utilizzano possono essere più piccoli e pesare meno. Si prevede che potrebbero sostituire il silicio nei veicoli elettrici già nel 2020.

Batterie agli ioni di magnesio – Laboratori nazionali Lawrence Berkeley — Presentato come il possibile “futuro dell'immagazzinamento di energia”, lo ione magnesio ha una carica di +2 (multivalente) rispetto a +1 degli ioni di litio (singolo elettrone). Il magnesio è più abbondante del litio e non ha la stessa probabilità di surriscaldarsi. Nonostante le riserve iniziali sui problemi di conduttività e sui controioni che potrebbero ostacolare l'efficienza della batteria, la ricerca ha dimostrato che la conduttività è in realtà più efficiente degli ioni di litio a causa di una sfera di coordinazione più piccola di un terzo. I test nel mondo reale saranno i prossimi e, in caso di successo, seguiranno sicuramente le batterie agli ioni di Mg che sono potenti, economiche e sicure.

Nanotubi di grafene/carbonio — Il grafene e i nanotubi di carbonio si sono rivelati molto promettenti per un migliore stoccaggio dell’energia in futuro. I ricercatori della Queensland University of Technology e dell’Università della California sono interessati ad accoppiarli in modo vantaggioso con l’attuale batteria agli ioni di litio. Il risultato finale potrebbe essere un migliore accumulo di energia nei pannelli della carrozzeria di un veicolo elettrico, che consentirebbe di caricarlo rapidamente e di viaggiare molto più lontano di quanto sia attualmente possibile. Il carbonio è ovunque. Il problema ora è ottenere le proprietà uniche che possiede a livello di nanoscala. Non è un compito facile. Sono in fase di sviluppo superconduttori al grafene che si caricano rapidamente e sono ultra potenti. Possono anche essere stampati utilizzando un masterizzatore DVD, producendo fogli di grafene che possono immagazzinare una grande quantità di energia. Potenzialmente, questo potrebbe portare a batterie che si caricano istantaneamente, durano fino a 20 anni e forniscono un’autonomia notevolmente maggiore. Il risparmio sui costi sarebbe altrettanto impressionante.

Batterie agli ioni di litio a base di silicio – Amprio — L’idea è quella di utilizzare il silicio invece del carbonio come materiale per gli elettrodi nelle batterie agli ioni di litio. L'Università di Stanford ha annunciato un round di capitale di rischio da $30 milioni che aiuterà Amprius a sviluppare l'idea nelle sue strutture cinesi. La società asiatica di private equity, SAIF Partners, gli investitori Kleiner, Perkins, Caulfield e Beyers, Vantage Point Capital Partners, Chinergy Capital, Innovation Endeavors e Trident Capital hanno tutti una partecipazione nei risultati delle attuali attività di ricerca e sviluppo. L'obiettivo è sfruttare la densità energetica dieci volte superiore del silicio rispetto alle batterie agli ioni di litio incentrate sul carbonio. Esiste il potenziale per aumentare la densità energetica attualmente disponibile fino a 40%. Sfortunatamente, a differenza del carbonio, il silicio si espande sotto l’inserimento di ioni di litio, provocandone la frattura e il degrado. La barriera sta sviluppando un modo per produrre commercialmente strutture di nanotubi. Amprius punta al 2015 per immettere le batterie sul mercato, avendo già costruito 60.000 unità per i test. Nokia e altri produttori cinesi e statunitensi stanno aspettando. Nel frattempo Amprius spera che le batterie di terza generazione raggiungano i 500 wattora per chilo.

Batterie sodio-aria — La capacità dell'aria di sodio è certamente inferiore a quella dell'aria di litio, ma è decisamente superiore a quella degli ioni di litio e molto più semplice da produrre rispetto all'aria di litio. Un elettrodo di sodio si trova su un'estremità della batteria, dove un elettrolita è posizionato sotto un elettrodo di carbonio permeabile all'ossigeno. Un elettrone aggira la batteria e il metallo ionico si dissolve nell'elettrolita che viaggia verso l'elettrodo di carbonio e incontra l'ossigeno. È ancora in fase sperimentale, ma i ricercatori sono incoraggiati. Hanno dedotto che l'aria-sodio ha una carica superiore e si carica più facilmente dell'aria-litio. Lo svantaggio? Il sodio-aria può essere caricato solo poche volte prima di morire. Gli scienziati stanno cercando di capire perché.

Batterie alluminio-aria – Phinergy — Al-air genera elettricità quando l'ossigeno nell'aria reagisce con l'alluminio, creando una batteria con un'enorme densità di energia. Non sono ampiamente utilizzati a causa dell'elevato costo dell'anodo e dei problemi dei sottoprodotti se utilizzati con elettroliti tradizionali. Per questo motivo vengono impiegati soprattutto per applicazioni militari. Potenzialmente, un veicolo elettrico con batterie alluminio-aria potrebbe fornire otto volte l’autonomia delle batterie agli ioni di litio pur pesando molto meno. Inoltre, le batterie all-aria sono essenzialmente non ricaricabili una volta immerse in elettroliti a base d'acqua. È possibile ricaricarli con anodi di alluminio fresco ottenuti riciclando l'ossido di alluminio idrato. Questo dovrebbe essere il caso se si vuole che le batterie all-aria trovino un uso più ampio. L’ibridazione con le tradizionali batterie al piombo-acido potrebbe essere la risposta. Recentemente, Phinergy ha presentato un'auto elettrica che utilizza celle d'aria in alluminio ed è in grado di percorrere 330 km utilizzando un catodo unico e idrossido di potassio. In collaborazione con Alcoa, Phinergy ha recentemente testato un piccolo veicolo elettrico che utilizzava batterie agli ioni di litio e al-aria che mostravano un'incredibile autonomia di 1.000 miglia. Sebbene non siano ricaricabili, le cartucce modulari in alluminio possono essere sostituite con altre nuove. Utilizzato come alimentazione di riserva insieme a una batteria al litio-aria, potrebbe offrire ai conducenti un’alternativa senza emissioni di carbonio. In realtà, le batterie all'aria forniscono prestazioni paragonabili ai veicoli a benzina, ma sono più pulite. È un'opzione praticabile e sicuramente sul tavolo.

Batterie zinco-aria — Anche le batterie zinco-aria non ricaricabili creano energia ossidando lo zinco con l'ossigeno presente nell'aria. Offrono un’elevata densità di energia e sono economici da produrre. Sono pratici per piccole applicazioni come apparecchi acustici e fotocamere. Le batterie diventano molto più grandi per l'uso nei veicoli elettrici. Durante la scarica, le particelle di zinco formano un anodo poroso saturo di elettrolita. Al catodo, l'ossigeno reagisce e forma ioni ossidrile che migrano nella pasta di zinco e creano zinco. Questo, a sua volta, consente agli elettroni di viaggiare verso il catodo. Lo zinco decade per formare ossido di zinco e l'acqua ritorna nell'elettrolita. L'acqua e l'idrossile dell'anodo vengono riciclati al catodo, quindi l'acqua non viene consumata. Le reazioni producono in teoria 1,65 volt, che nelle celle disponibili si riduce a 1,35-1,4 volt. Lo zinco-aria condivide le caratteristiche delle batterie e delle celle a combustibile. Lo zinco funge da combustibile e la reazione è gestita da una variazione del flusso d'aria. La pasta zinco/elettrolitica ossidata può essere sostituita con prodotto fresco. Se pienamente realizzate, le batterie zinco-aria potrebbero essere una valida fonte di energia per i veicoli elettrici e potrebbero essere utilizzate per lo stoccaggio di energia a livello di utilità pubblica.

Batterie al gel — Le celle al gel sono batterie VRLA in cui gli elettroliti sono gelificati. La silice pirogenica viene combinata con l'acido solforico per formare una massa gelatinosa e immobile. Non presentano i problemi intrinseci delle batterie a celle umide (evaporazione, corrosione, fuoriuscite) e sono più resistenti alle temperature estreme, alle vibrazioni dell'asta e agli urti. A differenza delle batterie a celle umide, l'antimonio nelle piastre di piombo viene sostituito con calcio e può verificarsi una ricombinazione dei gas.

Celle a combustibile a idrogeno — Hyundai ha introdotto la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno con il suo modello Tucson. Honda e Toyota seguiranno nel 2015. Alcuni sostengono che i veicoli elettrici alimentati a idrogeno non vedranno alcuna reale accettazione da parte del mercato di massa fino al 2030. I veicoli basati su celle a combustibile offrirebbero l'autonomia di un veicolo convenzionale, anche se a zero emissioni. Tuttavia, la mancanza di infrastrutture e i costi elevati di produzione delle trasmissioni necessarie potrebbero impedire alle celle a combustibile di essere diffuse per anni.

Cosa sta succedendo a...?

Panasonic

La domanda di batterie ibride e plug-in è stata un vantaggio per Panasonic, in particolare per quanto riguarda la partnership con Tesla. Panasonic ha recentemente pubblicizzato una quota di mercato del 39% seguita da NEC con 27% e LG Chem con 9%. Panasonic ha ampliato il suo accordo per la produzione di batterie con Tesla nell'ottobre del 2014.

La grande mossa di Tesla, la prevista Giga Factory da $5B dollari da costruire in Nevada, si concentrerà sulla produzione di celle agli ioni di litio da 35 GWh. Panasonic sta collaborando con Tesla in questa impresa che alcuni vedono come un’impresa ad alto rischio. Resta da vedere se l’investimento avrà senso e potrà davvero portare a una svolta nella produzione di batterie agli ioni di litio più economiche. Alcuni ipotizzano che anche se Tesla vendesse 240.000 veicoli elettrici nel 2020, come sperano di fare, Panasonic potrebbe ottenere margini bassi. Nelle condizioni attuali, è facile ipotizzare che Tesla stia operando con un eccesso di capacità che potrebbe essere difficile da compensare.

Nel frattempo, Panasonic ha recentemente avviato una collaborazione con una filiale di Polypore International, Celgard. Uniranno le forze per sviluppare separatori Celgard non rivestiti e rivestiti per la prossima generazione di celle delle batterie Panasonic. Dopo le fasi di sviluppo, entrambe le aziende sperano di stringere un accordo di fornitura a lungo termine. I separatori delle batterie consentono il trasferimento degli ioni di litio mentre il separatore crea una barriera tra catodo e anodo. Celgard utilizza attualmente membrane elettrolitiche in polipropilene, polietilene o tristrato PP/PE/PP nei propri separatori.

SAMSUNG

Samsung ha iniziato a produrre batterie agli ioni di litio nel 2000. Da allora, ha stabilito un ruolo di leadership attraverso l'innovazione e lo sviluppo di prodotti di qualità. Sono riconosciuti come leader globale nel mercato delle batterie agli ioni di litio dal 2010. Samsung produce celle per batterie prismatiche che offrono densità di energia e potenza superiori pur rimanendo entro i parametri dimensionali standard delle batterie. L'azienda rimarrà con i prismatici, ritenendo che siano meno problematici dei laminati.

Gli esperti prevedono che i costi scenderanno a $150US per kilowattora fino al 2020, con prezzi che scenderanno maggiormente dal lato dei materiali rispetto a quello della vendita/progettazione. Una volta che i progetti avranno avanzato nella produzione, i costi alla fine saranno ridotti. A tal fine, Samsung è aggressiva con misure di riduzione dei costi.

L'azienda è in grado di produrre in serie diverse celle di batterie per auto avanzate, tra cui la classe 5Ah per i veicoli ibridi elettrici, la 20Ah per i plug-in, la 60Ah per i veicoli elettrici puri e la 4.0Ah/11Ah "Hi Cap" per micro/ HEV lieve. Il Samsung 5.2Ah è la cella più piccola e potente al mondo, mentre il 5.9Ah offre la più alta densità di potenza di qualsiasi altra nel settore ed è attualmente prodotto in serie per SUV ibridi leggeri (?) e supercar ibride.

Guardando al futuro, Samsung ha fissato degli obiettivi entro la fine del decennio per i progressi tecnologici delle batterie. Entro il 2016, una nuova batteria (NCM) al nichel cobalto manganese fornirà una densità di energia di 130 Wh/kg. Entro il 2019, Samsung ha in programma di realizzare un NCM avanzato in grado di fornire 250 wh/kg. Mentre molti nel settore si stanno impegnando per l'implementazione della cella a combustibile litio-aria, Samsung vuole arrivarci entro il 2020. La batteria che hanno in mente avrebbe una densità energetica di +300 Wh/kg.

Inoltre, la batteria di classe EV da 60 Ah di Samsung ha la più alta densità di energia volumetrica del settore ed è attualmente prodotta in serie per gli OEM europei e statunitensi. I modelli da 26Ah e 28Ah hanno la potenza volumetrica e la densità energetica più elevate del settore. Un design impilabile e compatto consente la modularità delle celle e la facilità di imballaggio. Questi sono in produzione per gli OEM europei.

Aspettatevi che Samsung continui a produrre batterie al nichel senza cambiamenti drammatici nelle combinazioni chimiche nei prossimi 2-3 anni. Gli sviluppi tecnologici potrebbero vedere un raddoppio degli amp/ora utilizzando i materiali esistenti. Non sono all'orizzonte modifiche significative agli anodi poiché l'azienda continua a sperimentare additivi e separatori. Le autorizzazioni di sicurezza annulleranno qualsiasi cambiamento significativo prima del 2020. Samsung prevede maggiori opportunità per lo sviluppo di prodotti, incluso il litio-aria, più vicino al 2030. Samsung ha la capacità di ridurre i costi e aumentare la densità energetica della batteria utilizzando sostanze chimiche della batteria 1850 in una batteria quadrata, ma le normative del governo cinese non lo consentono.

Entro il 2020, Samsung prevede un aumento della domanda di batterie al litio sia ad alta tensione che a bassa tensione per raggiungere i livelli di CO2 in conformità con gli obiettivi di Orizzonte 2020. Attualmente sono secondi solo alla Nissan Leaf. Una partnership con BMW può aumentare le quote di mercato e collocarli tra i primi 3.

Nel frattempo, Ford ha lavorato in tandem con Samsung SDI per creare una tecnologia ibrida incentrata sulla frenata rigenerativa in grado di trattenere fino a 95% di energia comunemente persa durante la frenata del veicolo. Considerato come una soluzione a breve termine per ridurre le emissioni di anidride carbonica, il sistema funziona insieme all'Auto Start-Stop di Ford che spegne il motore quando il veicolo è fermo per risparmiare carburante. Una batteria speciale alimenta i sistemi interni e gli accessori fino al rilascio del freno, momento in cui il motore si riavvia. A lungo termine, Ford e Samsung SDI stanno sviluppando una batteria agli ioni di litio ultraleggera che sarà fino a 30% più piccola delle batterie ibride esistenti. È composto da nichel-metallo-idruro e può potenzialmente fornire fino a tre volte la potenza. Utilizzando strategie di riduzione del peso in un concept car, il risultato finale potrebbe fornire prestazioni ed efficienza migliorate. Ford ha investito $135M per la produzione, la progettazione e l'ingegnerizzazione dei componenti necessari della batteria e le successive procedure di test. Inoltre, Ford sostiene la ricerca in corso sullo stoccaggio dell'energia presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. Ford è interessata alle soluzioni ELVS (End of Vehicle Life Solutions) che riguardano la gestione delle sostanze tossiche e la riciclabilità delle batterie esaurite. I clienti possono ora portare le loro vecchie batterie ai rivenditori partecipanti per il riciclaggio gratuito.

Batterie Samsung “pieghevoli”. – Samsung SDI ha presentato una nuova batteria arrotolabile e pieghevole alla convention InterBattery 2014 in Corea del Sud. Capace di piegarsi a forma di U o di essere avvolta attorno a una tazza, è più probabile che questa batteria trovi casa sui polsi delle persone in forma indossabile, come la cella curva da 210 mAh che si trova all'interno della fascia fitness Gear Fit. Al momento, le batterie sono ancora in fase di sviluppo per migliorarne l'affidabilità e la sicurezza e potrebbe passare del tempo prima che siano disponibili al pubblico. Anche LG Chem è interessata ai dispositivi indossabili e ha batterie simili in fase di sviluppo, anche se recentemente la sua enfasi è stata sulla produzione di batterie per veicoli elettrici.

Shakti3

Questa start-up emergente del Michigan mira a produrre batterie al litio in modo efficiente ed economico quanto i chip per computer. Nato da un'idea del CEO e fondatore Ann Marie Sastry, Sakti3 ha annunciato nel 2014 di essere sull'orlo di importanti scoperte nella tecnologia delle batterie. Stanno sviluppando una batteria che, secondo loro, raddoppierà la densità energetica degli ioni di litio a un quinto del costo. Potrebbe essere questa la tecnologia che offre ai clienti il prezzo e l’autonomia di cui hanno bisogno per passare a un’auto ecologica? Forse. Sakti3 ha accumulato $30M in finanziamenti per la ricerca da sostenitori come industriali giapponesi, Itochu, Khosla Ventures, General Motors e lo stato del Michigan.

Sakti3 afferma di aver sviluppato una batteria agli ioni di litio a stato solido che impiega metodologie di produzione simili alle celle solari e ai display TV a schermo piatto. Questa tecnologia di deposizione sotto vuoto ha il potenziale per fornire a Sakti3 un processo di produzione economico e veloce. A questo punto, l’azienda sta producendo celle in una modesta linea di produzione pilota nel Michigan con la speranza di commercializzarla nei prossimi due anni.

Ci sono ostacoli. Per operare su larga scala, il costo di produzione è esponenzialmente maggiore e più costoso. Anche produrre batterie di dimensioni funzionanti, e molte di esse, presenta sfide significative. Ci sono dubbi sul fatto che le batterie allo stato solido possano fornire la rapida accelerazione di cui i veicoli di oggi hanno bisogno, un problema che i sostenitori dello stato solido in passato non sono riusciti a risolvere. Ci si chiede se tali batterie possano resistere a temperature estreme. Sarebbero abbastanza robusti da resistere ai rigori della strada? Ce ne sono altri nel gioco, tra cui Toyota e start-up come Solid Power Battery in Colorado e Seeo in California. Altri, come l’energia planare, hanno già gettato la spugna.

Sakti3 punta innanzitutto a creare batterie allo stato solido per smartphone in grado di raddoppiarne la durata. Successivamente si passerà alle batterie per automobili. A lunga distanza, Sakti3 prevede batterie allo stato solido per lo stoccaggio su scala industriale di energia eolica e solare. Frost e Sullivan prevedono che il mercato delle batterie al litio raggiungerà $76.4B entro il 2020, con una crescita fino a 25%. Ann Marie Sastry sa di aver bisogno di un partner con esperienza nel settore delle batterie su larga scala. L’aiuto potrebbe arrivare da produttori asiatici su larga scala con formati di celle standardizzati che coprono molti settori, risultati di test comprovati nel tempo, oltre a team di marketing e vendite tecniche con esperienza nella gestione di settori impegnativi.

LG chimica

La società coreana LG Chem ha recentemente annunciato che potrebbe fornire una batteria per veicoli elettrici con un'autonomia di 200 miglia entro il 2016. A chi fornirebbe questa batteria rimane un mistero, ma il miglior candidato sembra essere la General Motors. GM utilizza celle LG Chem per la Cadillac EDR, la Chevy Volt e per la Volt/Ampera esportata. Tuttavia, LG Chem fornisce batterie anche a case automobilistiche concorrenti come Hyundai, Kia, Volvo, Renault e Ford. GM ha osservato attentamente Tesla per vedere come si svilupperà la sua proposta di auto da 200 miglia (è prevista per il 2016-2017).

Secondo quanto riferito, la batteria da 200 miglia proposta in fase di sviluppo avrà una maggiore densità di energia con materiale di imballaggio a forma di sacchetto per resistere alle alte temperature. La densità di potenza dovrebbe migliorare fino a circa 400 kWh. Allo stesso tempo, si prevede che i costi di produzione diminuiranno quanto quello del 30%. $14B LG Chem è, ovviamente, un fornitore leader a livello mondiale di batterie agli ioni di litio. Si tratta di un’area di crescita primaria per l’azienda. Negli ultimi sette anni, gli investimenti nelle batterie agli ioni di litio sono cresciuti cinque volte di più. Hanno quattro strutture di ricerca e sviluppo negli Stati Uniti, Cina, Giappone e Corea del Sud e tre stabilimenti di produzione in Corea del Sud e Cina, tutti focalizzati sulla produzione e l'ingegneria delle batterie agli ioni di litio.

Le celle della batteria LG Chem hanno un nucleo laminato di forma rettangolare. Vengono compiuti sforzi per massimizzare lo spazio centrale delle celle e per ridurre al minimo la laminazione. Entro il 2020, sperano di migliorare significativamente il loro attuale rapporto 1:3 per aumentare il nucleo della cella e ridurre ulteriormente la laminazione. Il fattore di forma chimica di LG è a forma di sacchetto. Ci sono vantaggi e svantaggi nei diversi fattori di forma delle celle e alcuni OEM sono più fedeli a una forma rispetto all'altra. Per l'impianto elettrico ibrido, Ford utilizza la chimica di Panasonic ed è cilindrico. Ma, per quanto riguarda le batterie elettriche, utilizzano una chimica e un fattore di forma completamente diversi rispetto a LG Chem. Per quanto riguarda gli elettroliti, alcuni pensano che l'azienda ne adotterà uno di tipo solido, anche se è possibile che vengano utilizzati elettroliti di tipo gel.

L'azienda è fiduciosa nella propria lettura del mercato e nel fatto che esista un potenziale di crescita nelle batterie da 12-48 volt. LG Chem sta sviluppando la tecnologia per essere competitiva in questo settore. Hanno anche una buona sinergia con aziende come Samsung e Panasonic, consentendo loro di collaborare con i governi per promuovere la tecnologia delle batterie per quanto riguarda la chimica e l’imballaggio, il che può ridurre i costi. Alcuni pensano che la batteria da 12 volt più economica nel 2022 costerà 170-180 euro.

Un nuovo stabilimento di batterie per auto elettriche sta arrivando a Nanchino, in Cina, per soddisfare una domanda crescente nel più grande mercato automobilistico del mondo. Il cui completamento è previsto entro la fine del 2015, lo stabilimento di Nanchino servirà le case automobilistiche cinesi SAIC, Qoros e altre. Recentemente, LG Chem ha collaborato con le società statali cinesi, Nanjing Zijin Technology Incubation Special Park Construction Development Co, Ltd. e Nanjing New Industrial Investment Group Ltd. Insieme produrranno batterie per veicoli elettrici. LG ha investito molto nell'impresa e prevede $1T in termini di ricavi entro il 2020.

LG Chemical, come 3M e Panasonic, è interessata a introdurre sul mercato batterie con anodi a base di silicio e potrebbe rivelarsi un feroce concorrente. NCA (Nickel Cobalt Aluminium) sarà probabilmente uno dei materiali adottati per il catodo. Molte aziende vogliono concedere in licenza le tecnologie emergenti dalle università e dai laboratori sovvenzionati dal governo. Aziende come Amprius hanno sviluppato tecnologie simili e sono ansiose di esplorare molte strade per incorporare il silicio nelle batterie. Sicuramente sorgeranno conflitti sui brevetti poiché le aziende grandi e piccole si posizioneranno per il dominio in questo campo di battaglia delle batterie ad alto rischio.

Johnson Controlli

Il più grande produttore di batterie al mondo, con 15.000 dipendenti in 50 stabilimenti in tutto il mondo, Johnson Controls fornisce ogni anno un terzo (oltre 140 milioni) delle batterie del settore a case automobilistiche e rivenditori. Ciò include le batterie dei veicoli ibridi ed elettrici. Johnson Controls ha sviluppato la chimica delle batterie NMC con l’intento di aggiudicarsi alcuni dei più grandi contratti automobilistici del mondo, anche se ha mostrato riluttanza a costruire fabbriche appositamente per servire il mercato delle batterie per veicoli elettrici. AESC, frutto della collaborazione con Nissan Motor Company e NEC, è l'unico produttore di celle agli ioni di litio di proprietà diretta di un produttore automobilistico. L'azienda ha prodotto un'enorme quantità di batterie, in particolare per la Nissan Leaf.

Nel 2012, Johnson Controls ha acquisito A123 Systems, per $125M. Tali asset includevano prodotti e contratti esistenti, tecnologia delle batterie agli ioni di litio, fabbriche nel Michigan, impianti a raggi catodici in Cina e partecipazioni in un’azienda cinese di batterie. Alla fine la società è stata costretta a chiedere protezione dal fallimento.

Da allora, Johnson Controls ha continuato a prosperare. Le proiezioni per il 2015 vedono l'azienda prevedere elevati margini di profitto con grandi opportunità di crescita continua in Cina, dove ha prodotto oltre $8B nel 2014. Johnson Controls ha recentemente aperto un nuovo stabilimento di batterie $154M, di 133.000 piedi quadrati nella città di Chongqing, dove prevede la produzione fino a 6 milioni di batterie all'anno.

Aziende automobilistiche

Recentemente, Volkswagen ha collaborato con Sanyo per sviluppare una batteria che potrebbe potenzialmente fornire quattro volte la potenza precedentemente disponibile. Sviluppato utilizzando la tecnologia Volkswagen, potrebbe potenzialmente fornire 80 kWh. Gli addetti ai lavori ritengono che si tratti di un'unità litio-aria nelle prime fasi di sviluppo.

Si stima che Tesla consumerà due miliardi di celle agli ioni di litio entro il 2017. Sia il Modello S che il Modello X utilizzano la cella 18650. Con la batteria più grande di un'auto elettrica (85 kWh), la Model S offre l'autonomia di guida più lunga. Il gruppo propulsore utilizza il sistema agli ioni di litio NMC di Johnson Control, che si trova anche nelle e-bike, nei dispositivi militari e medici e negli utensili elettrici. Entro il 2020, Tesla potrebbe passare all’utilizzo dell’elettronica di potenza al carburo di silicio per avviare risparmi sui costi. Essendo un materiale con un ampio gap di banda, il carburo di silicio è più efficiente e potrebbe comportare un risparmio energetico fino a 20% per il Modello S. Ciò si traduce in un potenziale risparmio di $6.000 in termini di riduzione dei costi della batteria.

Motori generali sta lavorando con l’Electric Power Research Institute e altri 15 servizi di pubblica utilità per creare un sistema di ricarica per veicoli plug-in “intelligente”. Fanno parte di questo consorzio anche BMW, Honda, Mitsubishi, Ford, Toyota, Mercedes-Benz e Chrysler. L’idea generale è quella di istituire un sistema di “ricarica su richiesta” che consenta ai servizi pubblici e alle prese elettriche di comunicare in modo tale che durante le ore di punta la ricarica dei veicoli venga ridotta, riducendo così la spesa energetica. Il sistema è necessario poiché la quantità di veicoli plug-in sulla strada è in costante aumento. Le case automobilistiche sperano di creare una piattaforma aperta compatibile con tutti i loro veicoli plug-in.

BMW offre una vasta gamma di opzioni di ricarica per i suoi modelli esistenti, inclusi i caricabatterie rapidi SAE Combo e le porte di ricarica solare. In una recente conferenza sui plug-in a San Jose, in California, BMW ha pubblicizzato una nuova unità di ricarica rapida iDC e quello che chiamano il programma ChargeNow DC Fast. Il caricabatterie rapido iDC di BMW è più piccolo e meno costoso di altri della sua categoria. Un connettore combinato lo rende compatibile con VW, Chevy, Ford e altri veicoli elettrici. L'iDC Fast Charger porta un veicolo al pieno 80% in circa 30 minuti. È possibile accedere ai caricabatterie tramite le carte ChargePoint o ChargeNow. BMW offrirà ai conducenti la ricarica gratuita fino alla fine del 2015 presso le stazioni NRG eVgo Freedom partecipanti, a condizione che utilizzino la carta inizialmente entro la fine del 2014. 50 caricabatterie saranno disponibili in California entro il 2016.

Toyota sta attualmente studiando le possibilità delle batterie allo stato solido e delle tecnologie al litio-aria con piani a lungo termine per passare dagli ioni di litio entro il 2020. Inoltre, la casa automobilistica introdurrà presto il Mirai in Giappone, un veicolo elettrico alimentato da una cella a combustibile a idrogeno. .

Nissan ha collaborato con le principali università giapponesi sviluppando un metodo di analisi che consente l'osservazione diretta dell'attività degli elettroni nel materiale catodico delle batterie agli ioni di litio mentre si caricano e si scaricano. Potenzialmente, ciò potrebbe portare alla creazione di batterie durevoli e ad alta capacità che possono aiutare ad estendere l’autonomia dei veicoli elettrici a zero emissioni. Il nuovo metodo di analisi combina la spettroscopia di assorbimento dei raggi X che utilizza i bordi di assorbimento L e il primo calcolo principale del supercomputer Earth Simulator giapponese. Si stanno analizzando materiali ricchi di litio che promettono di aumentare la densità energetica fino al 50%. È stato notato che durante uno stato ad alto potenziale, gli elettroni dell'ossigeno erano attivi durante la carica. Allo stesso tempo, gli elettroni di manganese erano attivi durante la reazione di scarica. Nissan ritiene che questo sia un grande passo avanti verso lo sviluppo finale di materiali per elettrodi ricchi di litio in grado di produrre batterie ad alta capacità e con una durata più lunga.

Batterie agli ioni di litio: questioni di sicurezza, politiche e brevetti

Problemi di sicurezza

Nonostante il successo delle batterie agli ioni di litio sul mercato mondiale, sono sorti dubbi e problemi di sicurezza riguardanti le batterie stesse. Ad esempio, nel 2006 Sony è stata costretta a richiamare le batterie 6M che avevano un tasso di guasto di 1:200.000. Sony ha affermato che microscopiche particelle metalliche potrebbero potenzialmente entrare in contatto con le celle della batteria provocando possibili cortocircuiti e sfoghi di incendio. Da allora questo tasso è stato ridotto a 1:10.000.000. Secondo quanto riferito, gli incendi nei magazzini non sono stati considerati rari. C'erano anche preoccupazioni per il rapido smontaggio e il possibile cortocircuito interno.

La Chevy Volt ha avuto problemi di incendio associati alle batterie agli ioni di litio. Un pacco che era stato sottoposto a crash test da parte dell'NHTSA ha successivamente preso fuoco in un'area di stoccaggio settimane dopo il test iniziale. Ulteriori test hanno ricreato lo scenario e si sono verificati altri incendi. I funzionari della GM e dell'NHTSA sono stati interrogati dai membri del Congresso degli Stati Uniti sul motivo per cui l'NHSTA non ha denunciato gli incidenti fino a 5 mesi dopo che si erano verificati.

Problemi politici

L’intervento e la regolamentazione del governo spesso influenzano il progresso del settore delle batterie ibride/elettriche. La stessa tecnologia verde è spesso una questione di cuneo tra coloro che guardano all’attuale economia energetica basata sul petrolio e coloro che cercano di promuovere agende ambientali più progressiste.

La Cina ha una politica nazionale volta a promuovere i veicoli elettrici, anche se non ha avuto il successo sperato. Alcuni pensano che se i governi scegliessero di aumentare la pressione per avere più veicoli elettrici sulle strade, potrebbero farlo attraverso tasse e incentivi attraenti. Sono necessari il giusto equilibrio economico e pacchetti di incentivi per promuovere le maggiori vendite desiderate.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) vuole dimezzare le importazioni di petrolio entro il 2020. Vogliono anche che le emissioni delle auto siano inferiori di 17% rispetto al 2005. A tal fine, stanno guardando alle celle a combustibile a idrogeno, al miglioramento delle batterie, all’elettrificazione dei veicoli innovazione e biocarburanti per sostenere la loro causa. È tutto strutturato nel loro Piano strategico 2014-2018 documento, recentemente rilasciato dal DOE. Per questo motivo, molte aziende possono aspettarsi alcuni finanziamenti governativi per aiutare a raggiungere questi obiettivi. Nell’ambito del piano quinquennale del DOE, si spera che le energie rinnovabili come quella eolica, solare e geotermica possano raddoppiare la loro produzione nei tempi stabiliti, portando ad alcuni inevitabili partenariati pubblico-privato.

Arriva il fisco... Mark Gottleib, ministro dei trasporti dello stato del Wisconsin, ha sollecitato l'introduzione di una tassa di registrazione $50 per i proprietari di veicoli ibridi ed elettrici. Questo fa parte della sua richiesta di bilancio del 14 novembre 2014. Il segretario Gottleib ritiene che questi proprietari dovrebbero “pagare la loro giusta quota dei costi operativi della nostra infrastruttura”. Se venisse dato il via libera, il Wisconsin si unirebbe ad altri cinque stati americani (Carolina del Nord, Nebraska, Colorado, Virginia, Washington) che hanno imposto tasse ai proprietari di auto verdi per recuperare le entrate per le tasse sul gas che questi conducenti altrimenti non pagherebbero. Alcuni, tuttavia, ritengono che la tassa proposta penalizzi semplicemente gli automobilisti che non utilizzano la massima quantità di petrolio.

C'è stata una vivace competizione per attirare la Giga Battery Factory $5B di Elon Musk in Arizona, Texas, Nevada o New Mexico. In gioco ci sono miliardi di dollari di investimenti diretti e circa 6.500 nuovi posti di lavoro. Come esca, i politici corteggiatori hanno utilizzato le promesse e il denaro dei contribuenti. A complicare le cose, molti stati americani hanno avviato sforzi legislativi per impedire a Tesla di vendere direttamente ai propri clienti. Il Minnesota e il Massachusetts sono stati favorevoli a Tesla, ma New York, Ohio e New Jersey hanno mostrato una resistenza visibile.

Il governatore del Texas Rick Perry, destinatario di oltre $300K in contributi politici da parte dei concessionari di automobili, è arrivato al punto di guidare una Tesla Model S attraverso Sacramento lo scorso giugno come trovata politica volta a impressionare Tesla. Non ha funzionato. Alla fine, lo stato del Nevada ha vinto il premio nel settembre 2014 e ospiterà la nuova Giga Factory di Tesla. Secondo quanto riferito, lo stato è stato scelto per la sua vicinanza sia alla vicina fabbrica Tesla della California che alle miniere di litio del Nevada. Un pacchetto di incentivi $1.25B certamente non ha danneggiato gli sforzi persuasivi del Nevada.

In California, le agenzie statali stanno formulando iniziative per far circolare 1,5 milioni di veicoli a emissioni zero sulle autostrade statali entro il 2025. Recentemente, la California Energy Commission ha votato per utilizzare quasi $50M per 28 stazioni di rifornimento di idrogeno e un distributore mobile entro la fine del 2015.

Stazioni di ricarica – Creazione dell'infrastruttura

L’“ansia da autonomia” fa esitare gli aspiranti acquirenti di veicoli ecologici a causa delle brevi distanze che possono percorrere prima di aver bisogno di una ricarica. Oltre a ciò, c'è la questione di dove ricaricare la propria ibrida/elettrica. Man mano che il settore si evolve e cresce, sarà necessaria un’infrastruttura di supporto di stazioni di ricarica per soddisfare la domanda di un numero sempre maggiore di veicoli elettrici su strada.

Al momento la maggior parte delle stazioni di ricarica si trova vicino alle grandi città. Si stima che esistano alcune migliaia di stazioni di questo tipo in tutto il mondo. La maggior parte concorda sul fatto che sarà necessario un certo afflusso di denaro dal settore privato per sviluppare le infrastrutture e incoraggiare un maggiore acquisto di veicoli elettrici. Questa esigenza è aggravata dal fatto che attualmente i veicoli elettrici hanno un'autonomia piuttosto limitata. Anche gli automobilisti dei veicoli ecologici chiederanno sicuramente tempi di ricarica più rapidi.

Si prevede che il mercato della ricarica raddoppierà ogni anno fino al 2020. La ricarica wireless di recente sviluppo renderà le cose più semplici, consentendo ai conducenti di parcheggiare sopra i sensori a terra e caricare i loro veicoli in modo facile e veloce, senza cavi collegati. È noto che dieci produttori di automobili stanno testando sistemi wireless e molti integreranno sistemi di ricarica wireless nei loro veicoli. La Volkswagen potrebbe dotarsi di un sistema induttivo entro il 2017. Entro la fine del decennio, le vendite di unità di ricarica wireless potrebbero superare i 350.000.

Evatran, una società che ha collaborato con Duke Energy, Hertz e Google, è la prima azienda a ottenere la certificazione ETL per il proprio sistema cordless Plugless L2. Compatibile con la Chevy Volt plug-in a portata estesa e la Nissan Leaf a batteria/elettrica, il sistema di Evatran utilizza campi magnetici e potenza induttiva per caricare un adattatore di bordo da un tappetino. Finora non sono stati segnalati incidenti legati alla sicurezza.

Problemi di brevetto

Dall'avvento della chimica delle batterie al nichel idruro all'inizio degli anni '90; chimica che è parte integrante dello sviluppo degli odierni veicoli ibridi, è stata avanzata l'ipotesi che l'Auto Battery Consortium degli Stati Uniti sia stato utilizzato dall'industria automobilistica per contrastare la tecnologia e lo sviluppo delle auto elettriche. Un modo per raggiungere questo obiettivo è impedire che la conoscenza dei brevetti applicabili venga resa disponibile al pubblico. I brevetti in questione sarebbero quelli del fondatore di Ovonics, Stan Ovshinsky. Ha affermato che l'industria automobilistica ha erroneamente suggerito che la tecnologia NiMH non fosse ancora pronta. Nel '94, GM assunse il controllo della Ovonics e dei brevetti riguardanti la produzione di grandi batterie al nichel-metallo idruro. Ancora più tardi, nel 2001, Texaco acquistò la quota di GM di Ovonics e poi Chevron acquisì Texaco. La trama si infittì.

Nel 2003, Texaco Ovonics diventa Cobasys insieme a Energy Conversion Devices Ovonics. Chevron deteneva una partecipazione di 19.99% in ECD Ovonics e aveva il potere di veto su qualsiasi concessione di licenza o vendita della tecnologia NiMH. Chevron riteneva inoltre di avere diritto ai diritti di proprietà intellettuale di Cobasys nel caso in cui ECD Ovonics non avesse adempiuto agli obblighi contrattuali. La Chevron stava negando l’accesso alle grandi batterie NiMH controllando le licenze dei brevetti per limitare la concorrenza? Ovshinsky riteneva che la ECD Ovonics fosse in errore entrando in affari con una compagnia petrolifera che intendeva farla fallire.

Altrove, Envia Systems è stata citata in giudizio da ex dirigenti che ritenevano che la società avesse utilizzato in modo errato la propria tecnologia e avesse travisato la tecnologia di un'altra società come propria. Tutto questo allo scopo di fornire una batteria ad alta densità di energia a GM.

Tesla ha recentemente fatto notizia, aprendo i suoi brevetti a tutti gli acquirenti. Alcuni investitori e appassionati di veicoli elettrici hanno accolto calorosamente la notizia, mentre altri hanno alzato le spalle. Alcuni hanno ipotizzato che un brevetto, di per sé, fornisca solo un certo numero di informazioni. Inoltre, possono rapidamente diventare vecchie notizie man mano che emergono nuovi prodotti e tecnologie. Nonostante la risposta contrastante all'offerta di Tesla, ci sono voci secondo cui Nissan e BMW avrebbero avuto incontri clandestini con Tesla nel giugno del 2014 per discutere della tecnologia di ricarica. BMW conferma questo incontro. Honda e GM hanno espresso scarso interesse per l'offerta di Elon Musk. Toyota, Chrysler e Ford rimasero in silenzio sulla questione. Si dice che Mahindra stia esaminando i brevetti di Tesla per vedere se le applicazioni potrebbero essere utili nel suo sviluppo di una berlina elettrica Vento in Bhutan.

I progressi nella tecnologia e nelle prestazioni delle batterie continueranno ad emergere negli anni a venire, per soddisfare le esigenze economiche dei settori privato e aziendale. Le normative ambientali creeranno sfide per i produttori che faticano a soddisfare i requisiti normativi offrendo allo stesso tempo maggiore autonomia e affidabilità EV/PHV. Inevitabilmente, l’ibrido e l’elettrico sono qui per restare, e la battaglia per il futuro della batteria continuerà. Solo i forti e coloro che sono veramente innovativi sopravvivranno, e molti cadranno nel dimenticatoio, ma le possibilità di ciò che avverrà entro il 2020... 2030... e oltre, infiammano l'immaginazione delle migliori menti e visionari del settore. Faranno le scoperte che renderanno il nostro futuro alimentato a batteria il migliore possibile.

Alcune informazioni utilizzate nella creazione di questo documento sono state tratte dalle seguenti fonti. (Istanze specifiche e riferimenti disponibili su richiesta):

about.com – Stanford.edu – The Strategic Sorcerer – Frost and Sullivan – Handleman Post – Batterypoweronline.com – greenautoblog.com – futuretech.com – hybridcars.com – idtechex.com – Diesel Technology Forum – makeuseof.com – insideevs.com – oilprice.com – cleantechnical.com – greentechmedia.com – Bloomberg.com – futureextremetech.com – Wikipedia – autoblogquebec14.com – idrogenofuelnews.com – autobloggreen.com – Koreaherald.com – greencarcongress.com – triplepundit.com – 4evriders.org – cleantechnica.com – autocar.co.uk – designnews.com – motleyfool.com – Batteryuniversity.com – automotive-fleet.com – autoblog.com – prnewswire.com – digitaltrends.com – greencarreports.com – hyundaicarsindia.in – digitaltrends .com – nissan-global.com – nbc.com – dallasnews.com – caranddriver.com – plugincars.com – media.ford.com – fortune.com – cartalk.com – lgcpi.com/chem.shtml – hybridcars.com – Environmentalleader.com – abcnews.com – foxnews.com – wallstreetcheatsheet.com – scientificamerican.com – businesscafe.com – National Legal Policy Center – Rollcall.com – Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti – theenergycollective.com – phoenixbusinessjournal.com – Reno Gazette -Journal – Frost and Sullivan – infosources.org – theenergyroadmap.com – nbcnews.com – besttopics.net – autobytel.com – cnbc.com – inhabitat.com – telematicswire.net – Chargedevs.com – luxresearchinc.com – bing. com – 2016hybridcars.com – Isustainableearth.com – Museum Autovision – hislimited.co.uk – scienceblogs.com – psipunk.com