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Skeleton, ultracapacitori e il miraggio della ricarica lampo

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Un’alleanza tedesco-estone promette di realizzare la “superbatteria” che si ricarica in 15 secondi e dura “a vita”. Il fantasmagorico annuncio, acriticamente riportato da tanti giornali,  va preso però con le molle. Nasconde infatti un’ambiguità di fondo. Ricarica istantanea e vita eterna (o quasi) riguarda l’ultracapacitore al grafene dell’estone Skeleton Technology, che è solo uno degli elementi. Di certo non il pacco batteria nel suo complesso, che comunque dovrà continuare a basarsi sulle tradizionali celle agli ioni di litio e similari.

Un annuncio da prendere con le molle

Cosa c’è dunque dietro l’accordo fra Skeleton Technologies  e il Karlsruhe Institute of Technology tedesco? I due firmatari dicono di voler collaborare allo sviluppo «di una SuperBattery per EV al grafene rivoluzionaria, con un tempo di ricarica di 15 secondi». In realtà par di capire che si tratterà di un ibrido. E con prestazioni molto meno eclatanti.

Il grafene curvo non fa miracoli

Skeleton ha sviluppato un ultracapacitore, un supercondensatore, al grafene curvo dalle caratteristiche eccezionali. L’azienda afferma infatti che il  suo materiale brevettato «consente un vantaggio in termini di densità di potenza fino a 4 volte superiore e in termini di densità di energia fino a 3 volte superiore rispetto alla concorrenza».

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Taavi Madiberk e Oliver Ahlberg, fondatori di Skeleton Technologies

Ma si tratta comunque di un sistema di accumulo ben conosciuto in tutti i suoi pregi e tutti i suoi limiti. Immagazzina la carica elettrica in modo elettrostatico, offrendo un’enorme densità di potenza che si accumula e si scarica molto velocemente. In più, non si basa su processi chimici, quindi non si degrada.  Il rovescio della medaglia  è che la sua densità di energia, per quanto implementata, è terribilmente inferiore rispetto alle batterie chimiche.

La potenza c’è, la densità di energia no

Le batterie auto di oggi a livello di singola cella (escludendo quindi il peso di contenitore, collegamenti interni e  BMS) hanno una energia specifica fra i 200 e i 250 Wh/kg. I supecondensatori tipicamente hanno 4-5 Wh/kg. Questo significa, prendendo il caso più favorevole al supercap di 5Wh/kg contro 200, che per contenere la stessa quantità di energia dovrebbe essere circa 40 volte più grande di un pacco batterie al litio.

Pensate a un pacco batterie tradizionale, moltiplicatelo per 40, e otterrete qualcosa di più vicino a un palazzo che ad un’automobile. Impensabile. Anche se Skeleton sostiene di avere un programma di sviluppo a lungo termine che mira ad aumentare la capacità di densità energetica dei suoi supercondensatori pari a dieci volte l’attuale.

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Le celle delle batterie al litio di LG Chem, al momenti primo costruttore al mondo.

All’opposto le batterie al litio offrono un‘elevata densità di energia, il che significa che immagazzinano molta energia, ma tendono ad avere una densità di potenza piuttosto bassa. Perciò si caricano e si scaricano in modo relativamente lento. Di qui il “collo di bottiglia” delle attuali auto elettriche, che è appunto il tempo di ricarica.

Un ibrido ultracapacitori e celle al litio?

Una soluzione non inedita _  già proposta da Nawa e probabilmente da Tesla dopo l’acquisizione di Maxwell  _ è quella di un sistema ibrido con litio e supercondensatori. Anche Lamborghni utilizza supercondensatori per azionamenti specifici sulla sua ibrida Sian e studia con il Mit di Boston un impiego massiccio nella sua prima hypercar elettrica Terzo Millennio.

In tutti questi progetti, il litio  offre lo stoccaggio a lungo termine e ad alta densità, mentre gli ultracapacitor danno elevate potenze, velocità di ricarica, resistenza alle alte temperature, lunga vita. L’ultracapacitor sarebbe quindi una sorta di imbuto, le celle al litio il serbatoio. E’ un sistema che, in teoria potrebbe dare grandi vantaggi. Per esempio recuperando più energia in frenata. Oppure fornendo un boost d’emergenza, una volta esaurita la carica della batteria. In sostanza, con un giusto equilibrio tra i due elementi e un sofisticato sistema di integrazione reciproca l’ibrido potrebbe rivelarsi una soluzione vincente.

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Prima lamentela dei gestori di flotte: insufficiente la rete di ricarica.

E le stazioni di ricarica? Almeno 10 MW

Ma di qui ad annuciare una ricarica in 15 secondi molto ci passa. Il componente al litio non potrà mai riuscirci. Senza contare che per erogare decine e decine di kWh in pochi secondi, le stazioni di ricarica dovrebbero operare con potenze di almeno una decina MW. Una follia. Roba da mandare il black out interi quartieri.

Skeleton Technologies opera a Tallinn, in Estonia, e in tre sedi in Germania. La produzione si trova a Grossröhrsdorf, in Germania. Il suo progetto di ricerca sugli ultracapacitor a grafene curvo è stato finanziato dall’Unione europea nell’ambito del progetto H2020 SKLCarbonP2 di Horizon 2020.

 

1 COMMENTO

  1. Il CTO Dr. Daniel Weingarth è senza dubbio un importante esperto di ultracapacitor, lo dimostrano tesi, pubblicazioni, libri e la sua giovane età.
    Le basi per innovare ci sono come le perplessità tecniche sulla ricarica e lo stoccaggio dell’energia elettrica evidenziate con completezza nell’articolo.
    Va ricordato, in generale che le innovazioni più importanti avvengono nel momento in cui non si ha paura di fare qualcosa di diverso dal solito come in questo caso. Si chiama ricerca e gli sviluppi sono imprevedibili.

    https://www.research-collection.ethz.ch/bitstream/handle/20.500.11850/79086/eth-7079-01.pdf?sequence=1&isAllowed=y
    https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/celc.201500305
    https://app.dimensions.ai/details/publication/pub.1036735903?and_facet_researcher=ur.015032400621.83
    https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/CP/c4cp02727b#!divAbstract

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