Batterie auto elettriche, esiste una nuova tecnologia che può prevederne i danni

La transizione verso la mobilità elettrica non è più un’utopia, ma la realtà operativa in cui l’industria automobilistica globale sta investendo ingenti risorse. In questo nuovo paradigma, la batteria agli ioni di litio ha assunto il ruolo di componente critico per eccellenza: è il “cuore” energetico del veicolo, l’elemento che ne determina l’autonomia, il tempo di ricarica (rifornimento) e, soprattutto, il valore residuo a lungo termine.

Tuttavia, con la crescente diffusione dei veicoli elettrici (EV), emergono inevitabilmente anche le preoccupazioni relative alla longevità, all’affidabilità e alla sicurezza di questi accumulatori complessi. Un guasto o un degrado accelerato della batteria non impatta solo sulle prestazioni, ma può comportare costi di sostituzione proibitivi e minare la fiducia del consumatore nell’intera tecnologia.

È in questo contesto altamente strategico che si inserisce l’iniziativa di Ampere, la divisione del Gruppo Renault interamente focalizzata sui veicoli elettrici e sullo sviluppo software. L’apertura del nuovo Laboratorio Innovation Cellule Batterie presso il centro tecnico di Lardy rappresenta un investimento fondamentale, non più orientato semplicemente al test reattivo, ma alla previsione proattiva dei guasti. Questo passo segna il passaggio da una logica di fornitura esterna a una di competenza interna verticalizzata, essenziale per dominare la tecnologia chiave del futuro: la chimica energetica. L’obiettivo non è solo diagnosticare i problemi, ma comprendere in anticipo i meccanismi di deterioramento per progettare celle più robuste, sicure e durature.

Come capire quando si sta per verificare un guasto

La batteria di un veicolo elettrico è un sistema estremamente sensibile, dove prestazioni ed efficienza sono strettamente legate a un delicato equilibrio chimico e termico. Il degrado non è un evento improvviso, ma un processo continuo e complesso, influenzato da molteplici fattori operativi:

• cicli di carica e scarica: l’uso costante, specialmente con cicli di ricarica troppo aggressivi (come la ricarica rapida ad alta potenza), può stressare la struttura interna delle celle;
• temperatura: sia il freddo estremo che, soprattutto, il caldo eccessivo accelerano reazioni collaterali indesiderate che portano al consumo prematuro del litio disponibile e alla degradazione degli elettrodi;
• stato di carica (SoC): mantenere la batteria a livelli di carica molto alti (vicino al 100%) o molto bassi (vicino allo 0%) per lunghi periodi è dannoso.

Per un costruttore come Ampere, la sfida è trasformare i dati sul degrado (raccolti in laboratorio e, in futuro, dai veicoli su strada) in modelli predittivi affidabili. Prevedere il fallimento tecnologico non significa solo sapere quando una batteria smetterà di funzionare in modo ottimale, ma individuare le cause profonde che innescano il degrado prematuro.

In un settore dove le garanzie sulle batterie sono estese (spesso 8 anni o 160.000 km), la capacità di prevenire i guasti è direttamente correlata al controllo dei costi di garanzia e, di conseguenza, alla redditività. Il laboratorio di Lardy è, in questo senso, la “scatola nera” che permette ad Ampere di anticipare i problemi, ingegnerizzando il pacco batteria per mitigarli, fornendo così una maggiore tranquillità all’utente finale.

Laboratorio Innovation Cellule Batterie: come funziona

Il Laboratorio Innovation Cellule Batterie di Ampere si configura come un’infrastruttura di ricerca e sviluppo all’avanguardia, pensata per una diagnostica estremamente dettagliata che va ben oltre i semplici test funzionali. La struttura è imponente, con una superficie di 3.000 metri quadri e un arsenale di oltre 120 attrezzature di analisi. Il cuore operativo del sito è la camera a secco di 600 metri quadri, un ambiente a umidità controllata essenziale per le fasi più delicate della ricerca e della prototipazione. Le celle agli ioni di litio, infatti, sono estremamente sensibili all’umidità, che può compromettere la loro stabilità chimica. La camera a secco permette di replicare le condizioni ideali per la manipolazione di materiali attivi e l’assemblaggio di prototipi di celle, garantendo risultati di test non contaminati.

La metodologia di studio adottata è multidisciplinare e si concentra sull’analisi approfondita di tre aspetti chiave del comportamento delle celle:

• valutazione elettrica: vengono eseguiti cicli di carica e scarica controllati per misurare la capacità residua, l’efficienza coulombica e la tolleranza alla ricarica rapida in condizioni estreme e simulate;
• analisi fisica e strutturale: si valuta l’integrità meccanica e termica della cella. Questo include l’uso di tecniche di imaging avanzate e la simulazione di stress meccanici e termici (come shock o vibrazioni) che una batteria subisce durante l’uso reale del veicolo;
• analisi chimica: questo è l’aspetto più cruciale per la previsione dei guasti. Le celle testate vengono smontate per condurre un’analisi interna. Tecniche come la spettroscopia e la microscopia elettronica vengono utilizzate per identificare i sottoprodotti chimici della degradazione, come i film di interfacce (SEI, Solid Electrolyte Interphase) troppo spessi o alterati. Comprendere la chimica del fallimento permette di modificare la formulazione degli elettroliti o il design degli elettrodi.

Come sottolineato dal CEO di Ampere, Josep Maria Recasens, l’obiettivo è esplorare le tecnologie rivoluzionarie, individuare i giusti partner e garantire le scelte tecnologiche che faranno la differenza in futuro. Questo significa che il laboratorio non solo risolve i problemi attuali, ma pone le basi per la scelta delle chimiche di prossima generazione (come le batterie allo stato solido o con anodi in silicio) che saranno incorporate nei modelli futuri del Gruppo Renault.

Quali sono i vantaggi di una soluzione simile

L’investimento in una struttura interna come il laboratorio di Lardy va ben oltre il semplice miglioramento della qualità del prodotto; è un pilastro della strategia competitiva di Ampere nel mercato delle auto elettriche. La capacità di prototipare e analizzare le celle in casa conferisce ad Ampere un elevato grado di indipendenza tecnologica. Permette di valutare i fornitori di batterie e le loro diverse chimiche con un rigore scientifico che non sarebbe possibile affidandosi unicamente ai dati esterni. Questo controllo della proprietà intellettuale e del know-how sulle batterie è fondamentale per l’ottimizzazione del design del pacco batteria completo, massimizzando l’efficienza e la sicurezza.

I risultati della ricerca si traducono direttamente in un vantaggio competitivo. Una migliore comprensione della degradazione consente di:

• estendere la vita utile: ottimizzando i software di gestione della batteria (BMS) per ridurre lo stress durante la ricarica e la scarica;
• ridurre i costi: minori guasti equivalgono a minori costi di garanzia, un fattore di rischio significativo nella produzione di EV;
• migliorare le prestazioni: l’analisi approfondita permette di spingere le prestazioni (come la velocità di ricarica rapida) al limite massimo di sicurezza.

Infine, la durabilità è strettamente legata alla sostenibilità. Una batteria che mantiene la sua capacità più a lungo riduce la necessità di sostituzione e prolunga il ciclo di vita del veicolo, migliorando l’impatto ambientale complessivo. Il laboratorio gioca anche un ruolo chiave nell’ottimizzazione dei processi di smontaggio e riciclo a fine vita, un aspetto sempre più rilevante per l’economia circolare.

In sintesi, la struttura di Lardy è il banco di prova dove Ampere costruisce la credibilità e l’affidabilità dei suoi futuri veicoli elettrici, garantendo che le scelte tecnologiche di oggi siano le soluzioni competitive e durature di domani. Questo investimento non è solo un passo, ma un salto in avanti per assicurare che il Gruppo Renault rimanga all’avanguardia nell’elettrificazione.