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Batterie alla stato solido, Quantum Scape ha fatto il miracolo

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batterie stato solido

La californana Quantum Scape ha annunciato di aver messo a punto una batteria allo stato solido con prestazioni molto migliori rispetto alle tradizionali batteria litio-ioni. Utilizza la chimica litio metallico con elettrolita in  ceramica. Secondo il costruttore può ottenere un’autonomia fino all’80% superiore e si può ricaricare da 0 all’80% in soli 15 minuti.

Utilizzando un elettrolita solido invece della tipica soluzione liquida, le batterie allo stato solido possono immagazzinare molta più energia con lo stesso peso e volume. Nello stesso tempo Quantum Scape dice di aver risolto  i problemi di durata e resistenza che fin qui hanno impedito a questa tecnologia di affermarsi.

Separatore in cermica anti dendriti

QuantumScape afferma di aver risolto il problema con un nuovo design che utilizza anodi di litio-metallo che non si formano durante la produzione, ma che si formano attorno al collettore di corrente quando la batteria è carica. Il separatore a stato solido è un altro progresso chiave, utilizzando materiale ceramico solido che resiste alla formazione di dendriti, un problema comune che può causare il cortocircuito delle batterie e talvolta prendere fuoco quando depositi di metallo si accumulano su un elettrodo fino a perforare  il separatore.

Più energia nello stesso peso e volume

Questi i numeri: in termini volumetrici, la nuova batteria può immagazzinare 1 kWh/litro, circa, quattro volte quello che immagazzina l’attuale batteria Tesla Model 3. In peso, offre  tra 380-500 Wh/kg, rispetto a circa 260 Wh/kg per gli attuali pacchetti Tesla. Meglio di quel che ha promesso Elon Musk (400 Wh/kg) con le nuove celle Tesla che arriveranno fra tre o quattro anni.

quantum scape

Ricarica lampo: l’80%  in 15 minuti

La batteria QuantumScape si carica molto più velocemente, sopportando potenze di ricarica molto maggio. Anche il ciclo di vita raggiunge i livelli di una normale batteria litio tioni: mantiene l’80% della sua capacità dopo 800 cicli completi di carica e scarica, il che equivale a una percorrenza di circa 386.000 km). Infine le batterie di Quantum Scape sarebbero meno sensibili agli effetti del gelo mantenendo prestazioni poco inferiori fino a temperature esterne di -30 gradi. In termini di sicurezza, l’azienda afferma che il suo separatore a base di ceramica non è combustibile. Mantiene l’anodo e il catodo isolati in modo sicuro a temperature molto più elevate di quelle che le attuali celle agli ioni di litio possono sopportare.

«La parte più difficile nella produzione di una batteria allo stato solido funzionante è la necessità di soddisfare simultaneamente i requisiti di alta densità di energia, ricarica rapida, ciclo di vita lungo e funzionamento con ampio intervallo di temperature. Questi dati mostrano che le celle di Quantum Scape soddisfano tutti questi requisiti, qualcosa che non è mai stato segnalato prima. Se Quantum Scape può portare questa tecnologia nella produzione di massa, ha il potenziale per trasformare l’industria» ha affermato il dottor Stan Whittingham, co-inventore della batteria agli ioni di litio e vincitore del premio Nobel per la chimica 2019.

“E’ il Santo Graal delle batterie”

Venkat Viswanathan, professore di scienza dei materiali alla Carnegie-Mellon University ha aggiunto: «Supportare una densità di corrente sufficientemente elevata da consentire una carica rapida senza formare dendriti è stato a lungo il Santo Graal del settore. Questi dati mostrano la capacità di caricare fino all’80% della capacità in 15 minuti, corrispondente a una velocità sorprendentemente elevata di deposizione di litio fino a un micron al minuto».

Il co-fondatore di Tesla JB Straubel, infine,  ha definito il risultato raggiiungo dal team di Quantum Scape «un importante passo avanti».

Sotto l’ala della Volkswagen

Quantum Scape può contare su 300 milioni di dollari di finanziamento da parte del Gruppo Volkswagen, suo principale azionista. Tra gli altri investirori figurano Continental e Bill Gates. Quindi dovrebbe avere tutte le risorse necessarie per sviluppare questa tecnologia e portarla entro breve sul mercato per equipaggiare le prossime generazioni di veicoli VW.

Quantum Scape , con sede a San Jose, è stata  fondata 10 anni fa da Jagdeep Singh, scienziato informatico e co-fondatore di Infinera Corporation, e Tim Holme, ingegnere meccanico laureato a Stanford.

Secondo i fondatori ci vorranno alcuni anni prima di raggiungere la produzione prevista di  20 GWh, all’anno, come prevede la loro partnership con Volkswagen entro il 2024-2025. La società è quotata alla Borsa di New York, dove ha raccolto circa 1,5 miliardi di dollari di capitale.

 

 

 

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24 COMMENTI

  1. Ne sono convinto come te, ma credo che altri tipi di batterie arriveranno fra una decade. Al momento non c’è nulla di pronto alla commercializzazione.

  2. La cella 4680 ha stimolato la ricerca sugli elettroliti solidi?
    A ben guardare direi di sì.
    Anche Toyota ha annunciato le sue batterie con elettrolita allo stato solido e il partner di un tempo di Tesla, Panasonic non sta ad aspettare, visti i brevetti depositati nel corso dell’anno.

    Non illudiamoci però, siamo sempre ed ancora legati a quel metallo leggero, reattivo che mal sopporta l’umidità e l’acqua che si chiama litio. Sono sempre gli stessi ioni che trasmigrano attraverso elettroliti solidi.

    La vera svolta avverrà lasciandosi dietro l’era del litio.

    • Alberto, direi che la ricerca sulle solid state non è certo iniziata ieri. Le 4680 di tesla sono frutto di anni di ricerca, così come le stato solido.
      Fra annunciare e vendere, ci passano alcune fasi fondamentali, fra cui la più difficile è lo scale up. È la fase più lunga e complessa perché richiede lo sviluppo di nuovi strumenti per produrle. Gli stessi quantumscape e Toyota predicano cautela.
      Riguardo allinfiammabilita del litio metallico, non è certo una novità, eppure non ha certo fermata l’avanzata delle Li-ion attuali. Vedremo.
      Riguardo al superamento del litio, la vedo dura ancora per almeno una decade. Il motivo è semplice: il litio è il metallo più leggero e piccolo e la sua mobilità di conseguenza è adeguata.
      Sodio, zinco e alluminio sono più difficili da gestire. Chissà, magari ci stupiranno. Per ora teniamoci stretto il litio

      • Sappiamo che le saline di litio non sono infinite e con i ritmi attuali, il suo prezzo tenderà a salire così le difficoltà nel reperirlo.
        Chiaramente la scarsità di litio, in futuro rallenterà la diffusione dei veicoli elettrici.
        Per cui è necessario ridurre le quantità ed avere alternative.

  3. Il sito della Quantum Scape è chiarissimo. Da assoluto incapace di giudicare se sia solo “futuro” oppure no, io dico speriamo. Per quanto mi riguarda, la soluzione perfetta sarebbe unire queste tecnologie all’approccio rivolzionario della Aptera (aspetto con trepidazione che anche le case più grandi “si convertano”), magari migliorando l’efficienza anche dei pannelli solari e non solo quella delle batterie.

  4. Le cose si stanno muovendo velocemente. C’è ragione di essere fiduciosi nel futuro, anche semplicemente guardando il passato.
    Chiaro, è anche facile lasciarsi prendere dall’ottimismo da tecnoutopia, alimentato dagli annunci sensazionalisti di chi cerca facile pubblicità.
    Questo articolo mi sembra serio

  5. Sempre lo stesso schema: Ttolo pseudo inganevole, uno sviluppo medio lungo, e alla fine si dice che l’invenzione si sta ancora mettendo a punto e non c’è nessuna certezza..
    Dev’essere frustrante scrivere artcoli per ottenere visualizzazioni.

    • A me l’articolo è piaciuto. È vero che nel campo delle batterie ci sono e ci saranno ancora annunci inconsistenti, d’altra parte è anche vero che ci sono stati grossi progressi negli ultimi anni e ancora ce ne saranno. Tra le startup impegnate nella ricerca di migliori sistemi di accumulo potrebbe esserci la prossima azienda unicorno
      Sarebbe ancora più frustrante fare soltanto articoli su cosa fanno Tesla e Musk, speriamo invece che nel campo delle batterie si riesca a fare qualcosa anche nel vecchio continente.

      • Ad essere sincero, a me pare che l’unica informazione che quantumscape non abbia voluto divulgare è un’ipotesi di costo. Probabilmente perché dietro hanno VW, che probabilmente non vorrà divulgare questo dettaglio.
        Tecnicamente hanno mostrato numeri pazzeschi e fra i pannellisti c’era un nobel per la chimica, vinto proprio grazie al suo lavoro sulle batterie Li-ion. Più critico di Whittingham non avrebbero potuto trovarne

    • Critica ingiusta, anzi, è bene sapere a che punto è la ricerca perché molti utenti potranno ben decidere di aspettare le batterie a stato solido anziché quelle attuali.

      • Se devi cambiare la macchina domani, mica puoi aspettare 6 anni per le batterie allo stato solido…
        Comunque sarà una bella rivoluzione, speriamo più che altro di avere le colonnine, ad oggi non ce ne sono abbastanza per i veicoli elettrici in circolazione, quindi il problema di fondo permane. Per caricare 50 kw in 10 minuti serve una potenza 6,3 volte maggiore (315 kw), mica si scherza, è una potenza altissima, bisognerebbe arrivare direttamente con cavi a media tensione se no la vedo dura. Anche la frusta per la carica e il gruppo batterie, dovrebbero supportare una tensione importante, altrimenti diventerebbe ingestibile per l’elevato peso.

        • Ma quando serve effettivamente caricare in 10 minuti? Mi vengono in mente soltanto i tour de force… nel restante 95% dei casi è assolutamente inutile caricare con quella velocità. Ma di cosa stiamo parlando?

          • Come effetto collaterale, insito nella struttura di questa batterie, non mi sembra niente male. Non capisco perché denigrare quello che è, a tutti gli effetti, un vantaggio.

          • La mia non era intenzione di denigrare ed è ovvio che caricare in 10 minuti è e sarà utile. La mia osservazione era per lo più diretta alla mentalità da pompa di benzina per cui si è portati a pensare che la ricarica in 10 minuti sarà la norma, quando l’esperienza insegna che è l’eccezione, e la maggior parte delle volte si carica a bassa velocità prevalentemente per ragioni economiche (es. perché si stanno utilizzando i pannelli solari sul tetto di casa oppure perché la tariffa notturna al caricatore lento risulta più vantaggiosa) utilizzando i caricatori ad alta potenza soltanto durante i viaggi che superano l’autonomia dell’auto oppure se ci si è “dimenticati” di ricaricare e si deve fare un viaggio all’improvviso.

          • Perché con una sola colonnina in un’ora puoi caricare 6 auto invece che 1 soltanto e quindi serviranno meno colonnine.

        • Comunque esistono già in giro caricatori a 250 KW e ho letto anche che si stanno preparando quelli a 350. Questi servono principalmente in alcuni punti strategici per i viaggi lunghi. Per il resto basterebbero colonnine a supermercati e parcheggi, nonché ristoranti dove possibile. Siamo indietro in italia

    • Veramente hai toppato: stavolta ci sono dati reali, una società grossa ( QuantumScape con VW maggiore azionista) , l’articolo è molto dettagliato e fornisce spiegazioni e intro alla tecnologia, cosa non facile da fare in poche righe.
      Sono una società che lavora già nel settore industriale, il primo cliente è VW con ordini miliardari, quindi molto vicino alla produzione industriale, non credo possano permettersi di perdere la faccia annunciando qualcosa che non hanno già sottomano e/o con falsi dati.

    • Lo stesso si diceva delle auto elettriche prima che Tesla iniziasse a produrre la prima Roadster 😉
      Battute a parte, arrivati a questo punto, è abbastanza probabile che le vedremo. La vera sfortuna delle batterie è che validarne l’uso in prodotti di consumo richiede molto tempo, a partire, ma non solo, dal tempo per completare tutti i cicli di carica scarica previsti, che essendo sempre di più richiedono sempre tempo per essere completati.

      • Ho visto la conferenza con i dati presentati ed hanno invitato gente del calibro di Whittingham e Straubel. I numeri sono impressionanti, sia per densità, sia per velocità sia di carica che di scarica. In 5′ ricarica al 60%, con una superfast.
        Mancano anni alla commercializzazione, ma sono sostenuti da VW, quindi hanno già il cliente in casa. Mica male

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