Tendenze emergenti nell'innovazione globale delle batterie energetiche

I paesi di tutto il mondo stanno correndo per ottimizzare iterativamente i materiali e le strutture delle batterie, per arrivare allo sviluppo di una nuova generazione di batterie ad alte prestazioni e a basso costo entro il 2025.

Per quanto riguarda i materiali degli elettrodi, la tendenza prevalente per aumentare la densità energetica delle batterie e ridurne i costi prevede la riduzione del contenuto di cobalto nelle materie prime e l'aumento del contenuto di nichel, dato il conflitto tra scarsità di risorse e domanda crescente. Le principali aziende produttrici di batterie come Panasonic, LG e CATL si stanno concentrando su batterie a basso contenuto di cobalto e senza cobalto come prossima generazione di sviluppo di batterie. La crescente domanda di elevata densità energetica dovuta all'elettrificazione profonda sta spingendo verso limiti di capacità più elevati nei materiali anodici in grafite agli ioni di litio. La combinazione di anodi in silicio-carbonio con materiali ternari ad alto contenuto di nichel sta diventando una tendenza di sviluppo.

In termini di assemblaggio del pacco batteria, le configurazioni tradizionali dei moduli utilizzano solo circa il 40% dello spazio disponibile. L'obiettivo principale per l'ottimizzazione delle strutture delle batterie risiede in metodi di celle, moduli e packaging integrati e semplificati. Tecniche come l'integrazione diretta delle celle nei pacchi batteria (tecnologia CTP) o l'integrazione degli involucri dei pacchi batteria nella carrozzeria del veicolo (tecnologia CTC) stanno emergendo come strategie di ottimizzazione.

Si prevede che la diversificazione dei percorsi tecnologici delle batterie elettriche porterà a un'applicazione diffusa delle batterie allo stato solido entro il 2030.

Attualmente, le batterie agli ioni di sodio sono nelle prime fasi di commercializzazione, ma limitate dal limite massimo di densità energetica. Entro il 2030, le batterie agli ioni di sodio sono destinate a integrare le batterie agli ioni di litio e a trovare applicazioni nell'accumulo di energia e nei veicoli elettrici a bassa velocità, sensibili al prezzo. Lo sviluppo della tecnologia delle batterie allo stato solido sta accelerando, con batterie di nuova generazione come quelle allo stato solido da 500 wattora per chilogrammo e quelle al litio-zolfo che dovrebbero entrare sul mercato su larga scala intorno al 2030. Si prevede che la ricerca in corso sulle batterie metallo-aria ad alte prestazioni e sulle batterie metallo-idrogeno a basso costo porterà a innovazioni applicative dopo il 2030.

Si prevede che in futuro gli sforzi volti al riciclaggio delle batterie e alla gestione completa del ciclo di vita diventeranno nuove barriere tecnologiche.

L'Unione Europea ha emanato il New Battery Act e la New Battery Strategy Research and Innovation Agenda, stabilendo una "soglia verde" per i prodotti a base di batterie. È probabile che le barriere strategiche e di carbonio per le batterie aumentino, sottolineando la crescente importanza del riciclo delle batterie, con i suoi attributi strategici e di riduzione delle emissioni di carbonio. L'UE ha dichiarato esplicitamente che entro il 2031 i tassi medi di recupero di cobalto, nichel e rame dovranno raggiungere il 95%, mentre per il litio l'80%. L'attuazione della "soglia verde" dovrebbe accelerare lo sviluppo di tecnologie di riciclo e utilizzo delle batterie nel settore delle risorse rinnovabili. Inoltre, l'introduzione dei "passaporti per le batterie" faciliterà la condivisione dei dati e la convergenza dei modelli di gestione delle batterie, migliorando la trasparenza e la tracciabilità della gestione dei dati del ciclo di vita delle batterie.

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