La batteria media di un'auto elettrica dura circa otto anni o più e in genere puoi aspettarti ben oltre 100,000 miglia dalla batteria dell'attrezzatura originale. Questo è ciò che ogni produttore di auto elettriche offre in garanzia e talvolta anche per periodi più lunghi, ma il ciclo di vita di una batteria per veicoli elettrici va ben oltre questo periodo di tempo relativamente breve.
La nascita di una batteria ad alta capacità inizia ben prima che venga installata in un veicolo e si estende per molti anni dopo la scadenza della sua vita utile nell'auto. Continua a leggere sul ciclo di vita della batteria di un veicolo elettrico.
Materie prime minerarie
Ogni batteria per veicoli elettrici oggi in produzione richiede minerali che devono essere estratti dalla terra. Uno dei materiali più prolifici è il litio, sia derivante dall’estrazione dal sottosuolo nel senso tradizionale, sia dall’estrazione dai laghi salati. Gli ioni di litio trasportano energia tra l'anodo e il catodo in ciascuna cella della batteria.
Insieme al litio, il nichel viene estratto per essere utilizzato nel catodo delle batterie agli ioni di litio. Viene utilizzato per la sua capacità di immagazzinare capacità energetiche più elevate e solo la classe più alta di nichel è sufficiente per l'utilizzo in questo modo.
Il cobalto è anche un materiale che deve essere estratto per la produzione di batterie per veicoli elettrici. Viene utilizzato per stabilizzare il catodo quando l'energia viene fatta passare tra i due elettrodi. Il cobalto ha spesso pratiche minerarie controverse e deve essere lavorato prima di poter essere utilizzato.
Insieme a questi materiali comuni, i produttori richiedono altri elementi come manganese, ferro, alluminio e grafite.
Produzione di batterie
Dopo l'approvvigionamento dei materiali, le batterie sono assemblate. Ogni pacco batteria è costituito da moduli batteria, tutti collegati insieme per l'accumulo di energia ad alta capacità. Ogni modulo batteria è assemblato da singole celle della batteria che sono cilindriche e assomigliano molto a una batteria AA per l'uso domestico quotidiano. Le celle sono essenzialmente un anodo, un elettrodo, un materiale separatore e un elettrolita, ma la precisione è fondamentale.
I produttori assemblano pacchi batteria adatti a ciascuna delle loro piattaforme. I moduli sono collegati e un sistema di monitoraggio ne monitora attentamente lo stato e il livello di carica. Una volta assemblati, i pacchi batteria vengono installati sui veicoli elettrici.
Utilizzo nelle auto elettriche
I pacchi batteria assemblati vengono messi in uso il prima possibile. La batteria è collegata a motori elettrici che azionano le ruote e integrata con un modulo di controllo. Quando il conducente comanda l'accelerazione o l'utilizzo delle funzioni dell'auto, il modulo di controllo distribuisce l'energia immagazzinata ai suoi sistemi. I raddrizzatori controllati al silicio, o SCR, svolgono una funzione simile a un cavo dell'acceleratore, inviando livelli variabili di elettricità ai motori di azionamento in modo che la batteria non si scarichi troppo rapidamente e i motori non vengano sollecitati inutilmente.
In generale, una batteria per veicolo elettrico può durare ben oltre il periodo garantito di otto anni o 100,000 miglia. Si dice che alcuni durino tra i 12 e i 15 anni se utilizzati in climi moderati, mentre 12 anni potrebbero essere il massimo in climi estremi. Ciò che detta il Durata utile della batteria del veicolo elettrico prima di un notevole degrado è il numero di cicli di carica che attraversa. La maggior parte delle batterie agli ioni di litio manterrà la propria capacità di carica per 1,500-2,000 cicli di carica completi, ovvero scendendo allo 0% e ricaricandosi al 100%.
Poiché un veicolo elettrico dispone di misure di sicurezza per impedire lo scaricamento completo della batteria e la ricarica fino a una capacità effettiva del 100%, dovresti essere in grado di aspettarti un numero di volte maggiore di ricarica della tua auto. Poiché la tecnologia dei veicoli elettrici è ancora relativamente nuova, non si sa esattamente per quanto tempo si potrebbe allungare la durata della batteria di un veicolo elettrico se mantenuta correttamente.
Quando la batteria si è deteriorata al punto in cui l'autonomia è compromessa di circa il 30% dell'autonomia prevista, le batterie vengono sostituite. Poiché il costo della batteria è estremamente elevato – attualmente ben oltre i 100 dollari per kWh – può essere insostenibile cambiare la batteria e mantenere l’auto in viaggio. Sia che la batteria venga sostituita o che il veicolo finisca per essere rottamato, ciò rappresenta la fine del suo utilizzo come batteria per auto elettriche, ma non è la fine del suo ciclo di vita.
Utilizzo della seconda vita
Dopo essere state utilizzate per un decennio o più in un veicolo e infine messe fuori servizio, le batterie possono spesso ritrovarsi in quello che viene definito un utilizzo di seconda vita. Invece di essere completamente dismesse, la loro capacità di storage è ancora sufficientemente buona per essere utilizzata in altre applicazioni.
Le batterie possono essere rinnovate per garantire che possano funzionare in sicurezza anche se con una capacità inferiore a quella originale, e messe in servizio per altri usi. In alcuni casi, a seconda dell'integrazione, potrebbero essere possibili altri cinque-otto anni di utilizzo. Un'opzione è una batteria di riserva per le interruzioni di corrente per le comunità con una raccolta di batterie per veicoli elettrici riconvertite. Un esempio è a Lunen, in Germania, dove 1,000 pacchi batteria della BMW i3 contengono 12 MW di energia come potenza di riserva.
Usi più piccoli come la raccolta dell’energia solare per i cottage sono ancora più probabili e consentono di utilizzare le batterie con capacità inferiore prima dello smaltimento.
Smaltimento e riciclaggio
Infine, le batterie vengono riciclate e le loro materie prime recuperate. Le aziende di tutto il mondo stanno entrando nel business di riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici, impedendo l'immissione nell'ambiente di componenti tossici e infiammabili. Inoltre, materiali come litio, cobalto e nichel possono essere recuperati e riutilizzati per produrre nuove batterie.
È un processo dispendioso in termini di tempo che spesso viene gestito manualmente per ottenere la massima resa, catturando circa l'80% degli elementi altamente desiderabili. I pacchi batteria sono separati in moduli, quindi in singole celle in modo che possano essere spogliati dei materiali. Altri processi come la combustione delle cellule o la loro dissoluzione nell'acido accelerano il processo ma hanno tassi di recupero inferiori.
Dove il ciclo di vita migliorerà
I prossimi anni vedranno importanti miglioramenti in quasi ogni aspetto delle batterie dei veicoli elettrici. I materiali meno costosi da produrre possono semplificare l’approvvigionamento e la produzione delle batterie diventerà inevitabilmente molto più rapida e meno costosa. Insieme a ulteriori ricerche e nuove tecnologie in arrivo sul mercato, le batterie dei veicoli elettrici potrebbero durare più a lungo di quanto non facciano ora, e l’uso secondario e migliori tecniche di riciclaggio potrebbero rafforzare i veicoli elettrificati come un’opzione di mobilità veramente verde.