Le batterie sono uno dei più grandi ostacoli sulla strada verso l'adozione di massa dei veicoli elettrici (EV). Ma cosa succederebbe se non solo potessero durare più a lungo, ma anche ripararsi da sole? Questa è la visione che guida ricercatori come Johannes Ziegler e Liu Sufu, che stanno lavorando per rendere questa realtà.
Le vendite di veicoli elettrici in Europa sono in forte aumento, con un incremento del 20% a febbraio rispetto allo stesso mese del 2024. I veicoli elettrici sono essenziali per elettrificare i nostri trasporti e ridurre le emissioni di carbonio che devastano il pianeta, ma il loro percorso non è privo di sfide.
La maggior parte dei veicoli elettrici si basa su batterie agli ioni di litio, simili a quelle dei nostri telefoni, ma molto più grandi e complesse. Una batteria per veicoli elettrici contiene decine di chilogrammi di metalli preziosi – litio, nichel e rame – e deve durare per oltre un decennio, corrispondente alla durata prevista di un veicolo elettrico.
Per affrontare questa sfida, un team di ricercatori si è riunito nell'ambito di un'iniziativa finanziata dall'UE denominata PHOENIX, con l'obiettivo di sviluppare batterie in grado di autoripararsi. Il loro obiettivo è quello di prolungare la durata delle batterie, renderle più sicure e ridurre la necessità di nuovi metalli per batterie.
“L'idea è quella di aumentare la durata della batteria e ridurre la sua impronta di carbonio, perché la stessa batteria può ripararsi da sola, in modo che siano necessarie meno risorse complessivamente,” ha detto Ziegler, un esperto di materiali presso l'Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC in Germania.
Nel 2023, l'UE ha identificato 34 materiali come critici, tra cui metalli per batterie come litio, nichel, rame e cobalto.
Il progetto PHOENIX prende il nome dall'uccello mitologico che risorge dalle proprie ceneri – un simbolo appropriato per la rinascita e il rinnovamento che i ricercatori sperano di ottenere nella tecnologia delle batterie.
E la posta in gioco è alta. La legislazione dell'UE richiede a tutte le auto e i furgoni nuovi venduti dal 2035 in poi di generare zero emissioni. L'obiettivo è quello di ridurre significativamente le emissioni di gas serra provenienti dal settore dei trasporti.
Perché ciò accada, le auto elettriche avranno bisogno di batterie migliori.
Rilevare e innescare
Chiunque possieda uno smartphone conosce la frustrazione con le batterie: dopo pochi anni, la loro durata crolla. Lo stesso problema affligge i veicoli elettrici, solo su scala maggiore.
Questo accade perché parti della batteria si degradano quando viene ripetutamente caricata e scaricata nel tempo.
Scienziati provenienti da Belgio, Germania, Italia, Spagna e Svizzera stanno collaborando per progettare sensori che rilevino i cambiamenti all'interno di una batteria agli ioni di litio mentre invecchia e inneschino l'autoriparazione della batteria quando necessario.
L'obiettivo è quello di raddoppiare la durata delle batterie e, per estensione, la durata dei veicoli elettrici.
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L'idea è quella di aumentare la durata della batteria e ridurre la sua impronta di carbonio, perché la stessa batteria può ripararsi da sola, in modo che siano necessarie meno risorse complessivamente.
Oggi, i sistemi di gestione della batteria (BMS) – il cervello di una batteria – monitorano la tensione e la temperatura di una batteria per garantire che non si surriscaldi e causi problemi di sicurezza.
“Attualmente, ciò che viene rilevato è molto limitato in termini di temperatura, tensione e corrente. Oltre a fornire una stima della disponibilità di energia residua, garantisce la sicurezza,” ha detto Yves Stauffer, un ingegnere presso il Swiss Centre for Electronics and Microtechnology (CSEM), un centro di innovazione che sviluppa tecnologie disruptive. Stauffer guida la ricerca sui BMS.
Il team PHOENIX mira ad andare oltre introducendo sensori e trigger avanzati. Alcuni di essi rileveranno quando la batteria si espande, altri genereranno una mappa termica e alcuni controlleranno la presenza di gas pericolosi come idrogeno o monossido di carbonio.
Tutti questi sensori forniranno un sistema di allerta precoce per la salute della batteria.
Quando il cervello della batteria decide che è necessaria una riparazione, l'autoriparazione viene attivata. Ciò potrebbe significare comprimere la batteria per rimetterla in forma, ad esempio, o applicare calore mirato per innescare meccanismi di autoriparazione all'interno.
“L'idea è che con il trattamento termico, alcuni legami chimici unici rimbalzeranno,” ha detto Sufu, un chimico di batterie presso CSEM che lavora anche su PHOENIX.
Un altro approccio di autoriparazione utilizza campi magnetici per rompere i dendriti – strutture metalliche ramificate che si formano sugli elettrodi della batteria durante la carica e possono causare cortocircuiti e guasti.
Le dimensioni contano
I ricercatori di PHOENIX mirano anche ad aumentare l'autonomia dei veicoli elettrici e a ridurre le dimensioni delle batterie.
“Stiamo cercando di sviluppare batterie di nuova generazione con una maggiore densità energetica,” ha detto Sufu. Ciò significa che un veicolo elettrico richiederebbe una batteria più piccola, che lo renderebbe più leggero e gli consentirebbe di percorrere più strada con una singola carica.
Una strategia consiste nel sostituire la grafite, il materiale utilizzato nelle matite, con il silicio, che si colloca tra i metalli e i non metalli.
Questo non è ampiamente adottato nelle batterie commerciali odierne, in parte perché il silicio è meno stabile e il suo volume può espandersi fino al 300% durante la carica e la scarica, ha detto Sufu. Con il silicio all'interno, una batteria dovrebbe essere in grado di sopravvivere a questi drastici cambiamenti o di ripararsi da sola.
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Stiamo cercando di sviluppare batterie di nuova generazione con una maggiore densità energetica.
Nel marzo 2025, un nuovo lotto di prototipi di sensori e trigger è stato sviluppato e spedito ai partner per i test su celle a sacchetto di batterie – batterie agli ioni di litio flessibili, leggere e piatte.
Tuttavia, sebbene caricare una batteria con sensori sia ottimo per fornire informazioni sul suo stato di salute, aumenta anche i costi. Il team si concentra quindi sull'identificazione delle tecnologie che offrono benefici sufficienti a giustificare il costo dei veicoli elettrici.
Qualunque sia l'approccio che prevarrà, consentirà ai futuri veicoli elettrici di durare più a lungo e di percorrere più strada, con batterie più sicure, più compatte e meno intensive in termini di risorse.
Prolungare la durata della batteria ridurrà anche l'impronta di carbonio dei veicoli elettrici, offrendo un vantaggio sia per i consumatori che per l'ambiente.
“È entusiasmante prolungare la durata delle batterie e lavorare sui veicoli elettrici,” ha detto Ziegler. “Si tratta di mettere insieme le parti.”
Le batterie sono uno dei più grandi ostacoli sulla strada verso l'adozione di massa dei veicoli elettrici (EV). Ma cosa succederebbe se non solo potessero durare più a lungo, ma anche ripararsi da sole? Questa è la visione che guida ricercatori come Johannes Ziegler e Liu Sufu, che stanno lavorando per rendere questa realtà.
Le vendite di veicoli elettrici in Europa sono in forte aumento, con un incremento del 20% a febbraio rispetto allo stesso mese del 2024. I veicoli elettrici sono essenziali per elettrificare i nostri trasporti e ridurre le emissioni di carbonio che devastano il pianeta, ma il loro percorso non è privo di sfide.
La maggior parte dei veicoli elettrici si basa su batterie agli ioni di litio, simili a quelle dei nostri telefoni, ma molto più grandi e complesse. Una batteria per veicoli elettrici contiene decine di chilogrammi di metalli preziosi – litio, nichel e rame – e deve durare per oltre un decennio, corrispondente alla durata prevista di un veicolo elettrico.
Per affrontare questa sfida, un team di ricercatori si è riunito nell'ambito di un'iniziativa finanziata dall'UE denominata PHOENIX, con l'obiettivo di sviluppare batterie in grado di autoripararsi. Il loro obiettivo è quello di prolungare la durata delle batterie, renderle più sicure e ridurre la necessità di nuovi metalli per batterie.
“L'idea è quella di aumentare la durata della batteria e ridurre la sua impronta di carbonio, perché la stessa batteria può ripararsi da sola, in modo che siano necessarie meno risorse complessivamente,” ha detto Ziegler, un esperto di materiali presso l'Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC in Germania.
Nel 2023, l'UE ha identificato 34 materiali come critici, tra cui metalli per batterie come litio, nichel, rame e cobalto.
Il progetto PHOENIX prende il nome dall'uccello mitologico che risorge dalle proprie ceneri – un simbolo appropriato per la rinascita e il rinnovamento che i ricercatori sperano di ottenere nella tecnologia delle batterie.
E la posta in gioco è alta. La legislazione dell'UE richiede a tutte le auto e i furgoni nuovi venduti dal 2035 in poi di generare zero emissioni. L'obiettivo è quello di ridurre significativamente le emissioni di gas serra provenienti dal settore dei trasporti.
Perché ciò accada, le auto elettriche avranno bisogno di batterie migliori.
Rilevare e innescare
Chiunque possieda uno smartphone conosce la frustrazione con le batterie: dopo pochi anni, la loro durata crolla. Lo stesso problema affligge i veicoli elettrici, solo su scala maggiore.
Questo accade perché parti della batteria si degradano quando viene ripetutamente caricata e scaricata nel tempo.
Scienziati provenienti da Belgio, Germania, Italia, Spagna e Svizzera stanno collaborando per progettare sensori che rilevino i cambiamenti all'interno di una batteria agli ioni di litio mentre invecchia e inneschino l'autoriparazione della batteria quando necessario.
L'obiettivo è quello di raddoppiare la durata delle batterie e, per estensione, la durata dei veicoli elettrici.
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L'idea è quella di aumentare la durata della batteria e ridurre la sua impronta di carbonio, perché la stessa batteria può ripararsi da sola, in modo che siano necessarie meno risorse complessivamente.
Oggi, i sistemi di gestione della batteria (BMS) – il cervello di una batteria – monitorano la tensione e la temperatura di una batteria per garantire che non si surriscaldi e causi problemi di sicurezza.
“Attualmente, ciò che viene rilevato è molto limitato in termini di temperatura, tensione e corrente. Oltre a fornire una stima della disponibilità di energia residua, garantisce la sicurezza,” ha detto Yves Stauffer, un ingegnere presso il Swiss Centre for Electronics and Microtechnology (CSEM), un centro di innovazione che sviluppa tecnologie disruptive. Stauffer guida la ricerca sui BMS.
Il team PHOENIX mira ad andare oltre introducendo sensori e trigger avanzati. Alcuni di essi rileveranno quando la batteria si espande, altri genereranno una mappa termica e alcuni controlleranno la presenza di gas pericolosi come idrogeno o monossido di carbonio.
Tutti questi sensori forniranno un sistema di allerta precoce per la salute della batteria.
Quando il cervello della batteria decide che è necessaria una riparazione, l'autoriparazione viene attivata. Ciò potrebbe significare comprimere la batteria per rimetterla in forma, ad esempio, o applicare calore mirato per innescare meccanismi di autoriparazione all'interno.
“L'idea è che con il trattamento termico, alcuni legami chimici unici rimbalzeranno,” ha detto Sufu, un chimico di batterie presso CSEM che lavora anche su PHOENIX.
Un altro approccio di autoriparazione utilizza campi magnetici per rompere i dendriti – strutture metalliche ramificate che si formano sugli elettrodi della batteria durante la carica e possono causare cortocircuiti e guasti.
Le dimensioni contano
I ricercatori di PHOENIX mirano anche ad aumentare l'autonomia dei veicoli elettrici e a ridurre le dimensioni delle batterie.
“Stiamo cercando di sviluppare batterie di nuova generazione con una maggiore densità energetica,” ha detto Sufu. Ciò significa che un veicolo elettrico richiederebbe una batteria più piccola, che lo renderebbe più leggero e gli consentirebbe di percorrere più strada con una singola carica.
Una strategia consiste nel sostituire la grafite, il materiale utilizzato nelle matite, con il silicio, che si colloca tra i metalli e i non metalli.
Questo non è ampiamente adottato nelle batterie commerciali odierne, in parte perché il silicio è meno stabile e il suo volume può espandersi fino al 300% durante la carica e la scarica, ha detto Sufu. Con il silicio all'interno, una batteria dovrebbe essere in grado di sopravvivere a questi drastici cambiamenti o di ripararsi da sola.
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Stiamo cercando di sviluppare batterie di nuova generazione con una maggiore densità energetica.
Nel marzo 2025, un nuovo lotto di prototipi di sensori e trigger è stato sviluppato e spedito ai partner per i test su celle a sacchetto di batterie – batterie agli ioni di litio flessibili, leggere e piatte.
Tuttavia, sebbene caricare una batteria con sensori sia ottimo per fornire informazioni sul suo stato di salute, aumenta anche i costi. Il team si concentra quindi sull'identificazione delle tecnologie che offrono benefici sufficienti a giustificare il costo dei veicoli elettrici.
Qualunque sia l'approccio che prevarrà, consentirà ai futuri veicoli elettrici di durare più a lungo e di percorrere più strada, con batterie più sicure, più compatte e meno intensive in termini di risorse.
Prolungare la durata della batteria ridurrà anche l'impronta di carbonio dei veicoli elettrici, offrendo un vantaggio sia per i consumatori che per l'ambiente.
“È entusiasmante prolungare la durata delle batterie e lavorare sui veicoli elettrici,” ha detto Ziegler. “Si tratta di mettere insieme le parti.”
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