IDTechEx, le ipotesi e le speranze delle batterie allo stato solido

IDTechEx, le ipotesi e le speranze delle batterie allo stato solido

La rapida crescita del mercato EV ha spinto lo sviluppo, la produzione e la vendita di batterie, in particolare quelle agli ioni di litio, che da un decennio dominano il settore.

Tuttavia, a causa dei limiti delle prestazioni, della tutela dell’ambiente e delle considerazioni sulla catena di approvvigionamento, le tecnologie di accumulo di energia di nuova generazione sono in continua ricerca e sviluppo.

Tra tutte le opzioni, le discussioni sulle batterie allo stato solido hanno portato a sforzi sia nel mondo accademico che nell’industria. Le batterie allo stato solido hanno attirato la maggiore attenzione da parte di istituti di ricerca, fornitori di materiali, venditori di batterie, fornitori di componenti, OEM del settore automobilistico, capitali di rischio e investitori. Anche il numero di operatori che lavorano sulle batterie allo stato solido è in aumento a livello globale.

Cosa possono portare le batterie allo stato solido nella realtà

IDTechEx, le ipotesi e le speranze delle batterie allo stato solidoLe batterie allo stato solido sono considerate il “Santo Graal” in quanto si ritiene che presentino numerosi vantaggi. Questi vantaggi includono una maggiore sicurezza, una densità di energia più elevata, una durata di ciclo più lunga, un intervallo di temperatura di funzionamento più ampio, la possibilità di impilare le batterie, una progettazione semplificata, la possibilità di avere caratteristiche meccaniche flessibili e molto altro ancora.

Ad esempio, le batterie allo stato solido sostituiscono gli elettroliti liquidi organici con controparti allo stato solido, consentendo batterie più sicure e di lunga durata. Inoltre, l’elettrolita allo stato solido può essere compatibile con materiali catodici ad alta tensione e anodi di litio metallico ad alta capacità. È possibile spingere la densità energetica oltre i 1.000 Wh/L.

Tuttavia, la maggior parte degli elettroliti allo stato solido ha una densità maggiore rispetto al separatore in poliolefina, in particolare l’elettrolita inorganico allo stato solido. Inoltre, sono tipicamente più spessi dei separatori utilizzati nelle batterie agli ioni di litio convenzionali. Se gli elettrodi vengono mantenuti invariati (anodo di grafite e catodo di ossido di metallo stratificato), la maggior parte delle batterie allo stato solido finisce per avere una densità energetica gravimetrica inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio.

Inoltre, molte persone hanno affermato che il sistema di gestione termica può essere rimosso per le batterie allo stato solido perché sono sicure. Tuttavia, questo non è vero. Le batterie allo stato solido possono avere un’area di funzionamento sicura diversa rispetto alle batterie agli ioni di litio. I sistemi di gestione termica e molte altre protezioni sono ancora necessari.

Un’altra voce sostiene che le batterie allo stato solido non avranno alcuna possibilità in quanto le loro proposte di valore non sono realistiche o troppo difficili da realizzare.

Le opinioni ottimistiche e pessimistiche indicano una mancanza di comprensione delle batterie allo stato solido. Poiché il settore delle batterie allo stato solido è ancora immaturo, a seconda della tecnologia di cui si parla, le proposte di valore, i progetti delle celle, le prestazioni, i requisiti della catena di fornitura, i metodi di produzione e i livelli di preparazione sono diversi. In generale, però, una maggiore sicurezza, una densità di energia potenzialmente più elevata e una progettazione semplificata dei sistemi sono ancora i principali fattori trainanti delle batterie allo stato solido.

Tre sistemi di materiali principali

IDTechEx, le ipotesi e le speranze delle batterie allo stato solidoNell’ambito delle batterie allo stato solido, esistono diversi approcci tecnologici. I sistemi a ossido, solfuro e polimero sono diventati le opzioni più popolari nello sviluppo della prossima generazione, con ulteriori variazioni all’interno di ciascuna categoria. In generale, gli elettroliti di solfuro presentano i vantaggi di un‘elevata conducibilità ionica, persino migliore di quella dell’elettrolita liquido, bassa temperatura di lavorazione, ampia finestra di stabilità elettrochimica, ecc. Molte caratteristiche li rendono interessanti e sono considerati da molti come l’opzione definitiva. Tuttavia, la difficoltà di produzione e il sottoprodotto tossico idrogeno solforato generato nel processo rendono la commercializzazione relativamente lenta. I sistemi a polimeri sono facili da fabbricare, la maggior parte sono compatibili con gli impianti di produzione esistenti e alcuni sono già stati commercializzati. La temperatura di esercizio relativamente elevata, il basso potenziale antiossido e la peggiore stabilità sono invece fattori che pongono delle sfide. I sistemi a ossido sono più stabili del litio metallico, con una buona stabilità elettrochimica e termica. Tuttavia, la maggiore resistenza all’interfaccia e i processi di produzione più costosi e a bassa resa mostrano alcune difficoltà in generale.

Ce ne sono altri che dobbiamo capire meglio

Nessuna tecnologia è perfetta e la complicazione dei dettagli tecnici, delle condizioni di prova e dei dati selezionati da pubblicare può confondere il pubblico sui pro e i contro di ciascuna tecnologia. Per questo motivo, il presente rapporto si propone di offrire una spiegazione e un’analisi dettagliata da un punto di vista tecnico, con le nostre opinioni. Vengono valutate anche le aspettative e le speranze delle batterie allo stato solido. Sebbene le attuali batterie allo stato solido non siano in grado di offrire alcuni vantaggi rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, la maggiore sicurezza, il potenziale aumento della densità energetica e la semplificazione della progettazione a livello di sistema sono ancora i principali fattori trainanti delle batterie allo stato solido.

IDTechEx segue lo sviluppo delle batterie allo stato solido dal 2014 e, con anni di esperienza, ha osservato la graduale transizione degli sforzi in questo settore. Ad esempio, all’inizio ci si concentrava soprattutto sull’elettrolita allo stato solido e sulla dimostrazione di celle mezze/piene. Con l’ulteriore miglioramento, vengono presi in considerazione altri aspetti per la commercializzazione. La validazione dei campioni, la progettazione del sistema, la creazione della catena di fornitura e l’ottimizzazione della produzione stanno diventando sempre più importanti.

Copertura del rapporto

IDTechEx, le ipotesi e le speranze delle batterie allo stato solido
Author Dr Xiaoxi He, Research Director IDTechEx

Il rapporto IDTechEx “Batterie a stato solido e polimeriche 2023-2033: tecnologia, previsioni, attori”, copre l’industria degli elettroliti a stato solido fornendo una previsione decennale fino al 2033 in termini di produzione di capacità e dimensioni del mercato. Un’attenzione particolare è rivolta alle varie tecnologie e alle prestazioni delle batterie.

Inoltre, il rapporto copre le sfide produttive legate agli elettroliti solidi e il modo in cui le grandi aziende cercano di affrontare tali limitazioni, nonché i progressi della ricerca e le attività di importanti operatori.

Le domande sulle batterie allo stato solido sono molte, dal benchmarking e l’analisi della tecnologia, alla stima e previsione del mercato, al monitoraggio e valutazione delle attività degli operatori, alla creazione della catena di fornitura e alla sicurezza. Per prendere le decisioni strategiche corrette è importante comprendere sia la scienza che il business che ne sta alla base. L’ultimo rapporto di IDTechEx, “Batterie a stato solido e polimeriche 2023-2033: tecnologia, previsioni, attori”, risponde alle principali domande e analizza le sfide e le opportunità delle batterie allo stato solido.

Fonte: IDTechEx

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