Il litio ferro fosfato è destinato a diventare il prossimo grande passo nel campo delle batterie per veicoli elettrici

Aug 28, 2023

BMW iX in fase di test con il prototipo della nostra batteria al litio ferro fosfato Next Energy

Le batterie al litio ferro fosfato (LFP) alimentano già la maggior parte dei veicoli elettrici nel mercato cinese, ma stanno appena iniziando a farsi strada nel Nord America. In realtà non sono nuovi, essendo stati inventati qui, ma fino a poco tempo fa le case automobilistiche che vendevano veicoli elettrici qui li hanno evitati perché gli acquirenti di auto volevano un'autonomia maggiore di quella che potevano ragionevolmente offrire. Tutto questo è in procinto di cambiare e vedremo molto più LFP qui nei prossimi anni con il divario prestazionale che dovrebbe colmarsi grazie ad aziende come Our Next Energy (ONE) e Mitra Chem.

Quasi tutti i veicoli elettrici venduti in Nord America utilizzano batterie agli ioni di litio con catodi che comprendono alcune variazioni della chimica del nichel-cobalto. Queste batterie hanno offerto la migliore combinazione di autonomia, potenza e dimensioni, ma ciò ha un prezzo elevato. Il nichel e il cobalto sono attualmente a più del doppio del prezzo del 2021 a seguito dei forti picchi di prezzo sulla scia dell’invasione russa dell’Ucraina e dell’aumento della domanda di veicoli elettrici. I prodotti chimici al nichel-cobalto sono anche in qualche modo inclini all'instabilità termica se sono danneggiati fisicamente o presentano difetti di fabbricazione, il che ha portato a sei diversi richiami negli ultimi tre anni, inclusa la Chevrolet Bolt.

L'instabilità termica è causata dalla presenza di ossigeno nelle miscele di nichel-cobalto che viene rilasciato quando la cella subisce un cortocircuito interno e si riscalda. Poiché gli incendi richiedono carburante, ossigeno e una fonte di accensione, privare il fuoco di uno di questi elementi lo spegnerà. Soffocare un incendio con acqua o schiuma è progettato per privare il fuoco dell'ossigeno necessario per estinguerlo. Tuttavia, una volta che si sviluppa un incendio in una batteria al nichel-cobalto, questa produce il proprio ossigeno, motivo per cui questi incendi sono così difficili da estinguere.

Le batterie LFP non contengono O2, quindi sebbene possano rilasciare alcuni gas in caso di cortocircuito, non bruceranno come una batteria al nichel. Ciò li rende molto più sicuri e durevoli, anche se a costo di una minore densità energetica. In genere, una batteria LFP realizzata con un'architettura simile a una batteria al nichel ha una densità energetica inferiore di circa il 30-40%, ma può durare migliaia di cicli di carica e resistere all'abuso di una ricarica più rapida.

La nostra prossima energia

ONE, con sede a Novi, nel Michigan, è stata fondata nel 2020 da Mujeeb Ijaz, ex dirigente di Ford, A123 Systems e Apple. L'obiettivo di ONE era quello di realizzare batterie più sicure, più economiche e più sostenibili e affermano di aver compiuto progressi significativi con il loro ultimo pacco batterie Aries II. L'originale Aries I è già prodotto in piccoli volumi e viene utilizzato da Motiv Power Systems, con sede in California, per i suoi veicoli commerciali elettrici e per applicazioni di stoccaggio stazionario.

L'Aries II è una versione aggiornata e Ijaz afferma che ora rientra nel 6% della densità energetica dei principali pacchi batterie al nichel-manganese-cobalto per veicoli elettrici con un costo inferiore del 25% senza bisogno di nichel o cobalto. ONE ha raggiunto questo obiettivo in parte utilizzando un'architettura C2P (cell to pack) che consente di installare un numero significativamente maggiore di celle nello stesso contenitore del pacco.

I tipici pacchi modulari hanno una disposizione box-in-a-box in cui le celle sono installate in un involucro di moduli che viene poi installato nel pacco più grande. Questi involucri occupano spazio nella confezione e richiedono più connessioni e cablaggi che aumentano i costi. In un tipico pacco modulare, solo circa il 30-35% del volume è effettivamente costituito da materiale cellulare attivo che immagazzina energia. L'Aries II ha tutte le celle inserite direttamente nell'involucro e collegate insieme ai dissipatori di calore e alla piastra di raffreddamento, riempiendo più spazio. Il rapporto di riempimento del materiale cellulare attivo è superiore al 70%.

Si prevede che il pacchetto Aries II consentirà ai futuri veicoli elettrici di fornire fino a 350 miglia di autonomia con una carica. Ma ONE ha già dimostrato la capacità di far percorrere a una Tesla Model S oltre 750 miglia con il suo prototipo originale di batteria Gemini. Il Gemini utilizza due prodotti chimici, LFP e una cella al manganese priva di anodi. Poiché la maggior parte delle persone utilizza quotidianamente solo una parte della portata e solo occasionalmente necessita della portata massima, il Gemini è progettato come range extender.