Perché non abbiamo ancora batterie migliori

All'inizio di quest'anno, Ellen Williams, la direttrice di ARPA-E , il programma di ricerca avanzata del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per le energie alternative, ha fatto notizia quando lei detto al Custode giornale che 'Abbiamo raggiunto alcuni Sacri Graal in batterie.

Nonostante i risultati molto promettenti degli oltre 75 progetti di ricerca sull'accumulo di energia finanziati dall'ARPA-E, tuttavia, il graal dell'accumulo di energia compatto ea basso costo rimane sfuggente.

Un certo numero di startup è più vicino alla produzione di dispositivi economici, sicuri, compatti e sufficientemente densi di energia da immagazzinare energia a un costo inferiore a $ 100 al kilowattora. L'accumulo di energia a quel prezzo avrebbe un effetto galvanico, superando il problema di alimentare una rete 24 ore su 24, 7 giorni su 7 con energia rinnovabile disponibile solo quando soffia il vento o splende il sole, e rendendo i veicoli elettrici più leggeri e meno costosi.

Illustrazione di Federico Jordan

Ma quelle batterie non vengono commercializzate al ritmo necessario per accelerare il passaggio dai combustibili fossili alle energie rinnovabili. Persino il CEO di Tesla Elon Musk, che difficilmente può sminuire la promessa di una nuova tecnologia, è stato costretto ad ammettere che, per ora, il produttore di auto elettriche è impegnato in un graduale miglioramento delle sue batterie agli ioni di litio esistenti, non un grande salto avanti.

In effetti, molti ricercatori ritengono che l'accumulo di energia dovrà assumere una chimica completamente nuova e una nuova forma fisica, al di là delle batterie agli ioni di litio che nell'ultimo decennio hanno messo da parte le tecnologie concorrenti nell'elettronica di consumo, nei veicoli elettrici e nei sistemi di accumulo su scala di rete . A maggio il DOE ha tenuto un simposio intitolato Oltre agli ioni di litio. Il fatto che fosse la nona edizione annuale dell'evento ha sottolineato le sfide tecnologiche legate a questo passo.

Qichao Hu, il fondatore di SolidEnergy Systems, ha sviluppato una batteria al litio-metallo (che ha un anodo metallico, anziché il materiale di grafite utilizzato per l'anodo nelle tradizionali batterie agli ioni di litio) che offre una densità di energia notevolmente migliorata rispetto ai dispositivi odierni (vedi Migliori batterie al litio per ottenere un volo di prova). Il processo decennale di sviluppo del nuovo sistema ha evidenziato uno dei principali ostacoli nell'avanzamento della batteria: in termini di passaggio da un'idea a un prodotto, afferma Hu, è difficile per le batterie, perché quando si migliora un aspetto, si compromettono altri aspetti .

A ciò si aggiunge il fatto che la ricerca sull'accumulo di energia ha un problema di molteplicità: ci sono così tante tecnologie, dalle batterie a schiuma alle batterie a flusso, ai prodotti chimici esotici, che nessun vincitore chiaro sta attirando la maggior parte dei finanziamenti e dell'attività di ricerca.

Secondo una recente analisi di oltre 4 miliardi di dollari di investimenti nell'accumulo di energia di Lux Research, le startup che sviluppano batterie di nuova generazione, ovvero oltre agli ioni di litio, hanno raggiunto una media di appena 40 milioni di dollari di finanziamento in otto anni. L'investimento di Tesla nella sua Gigafactory, che produrrà batterie agli ioni di litio, ammonterà a circa 5 miliardi di dollari. Questo enorme divario di investimento è difficile da superare.

Ti costerà $ 500 milioni per creare una piccola linea di produzione e fare tutte le minuzie di ricerca che devi fare per realizzare il prodotto, afferma Gerd Ceder, professore di scienze dei materiali presso l'Università della California, Berkeley, che dirige un gruppo di ricerca studio di nuove sostanze chimiche per batterie. Le case automobilistiche, sottolinea, possono testare nuovi sistemi di batterie per anni prima di prendere una decisione di acquisto. È difficile investire $ 500 milioni nella produzione quando la tua azienda ha $ 5 milioni di finanziamenti all'anno.

Anche se i nuovi produttori di batterie riescono a portare sul mercato nuove tecnologie, devono affrontare un periodo pericoloso di aumento della produzione e ricerca di acquirenti. Sia Leyden Energy che A123 Systems hanno fallito dopo aver sviluppato nuovi sistemi promettenti, poiché il loro fabbisogno di cassa è aumentato e la domanda non ha soddisfatto le aspettative. Altre due startup, Seeo e Sakti3, sono state acquisite prima che raggiungessero la produzione di massa e ricavi significativi, a prezzi inferiori a quanto probabilmente si aspettavano i loro investitori nella fase iniziale.

Nel frattempo, i tre grandi produttori di batterie, Samsung, LG e Panasonic, sono meno interessati alle nuove sostanze chimiche e alle innovazioni radicali nella tecnologia delle batterie, piuttosto che ai miglioramenti graduali dei loro prodotti esistenti. E le startup innovative di batterie affrontano un problema importante che non amano menzionare: le batterie agli ioni di litio, sviluppate per la prima volta alla fine degli anni '70, continuano a migliorare.

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