Le batterie al litio ferro fosfato guadagnano terreno nel mercato dei veicoli elettrici

La tecnologia delle batterie per veicoli elettrici continua ad avanzare rapidamente, con l'emergere di varie chimiche agli ioni di litio, dall'ossido di litio cobalto (LCO) e l'ossido di litio manganese (LMO) all'ossido di litio nichel cobalto alluminio (NCA). Queste batterie sono tipicamente denominate in base ai loro materiali catodici, dove gli ioni di litio fluiscono durante la scarica. Ma perché i veicoli elettrici hanno bisogno di così tanti tipi di batterie?

Diverse formulazioni di batterie ottimizzano specifiche metriche di prestazioni, che si tratti di durata della batteria, velocità massima di ricarica o densità energetica. La scelta dipende in gran parte dai requisiti dell'applicazione. Ad esempio, le batterie LMO presentano una resistenza interna estremamente bassa per una ricarica rapida, ma una durata inferiore. Attualmente, le batterie al nichel manganese cobalto (NMC) e NCA dominano il settore dei veicoli elettrici bilanciando nichel e cobalto per migliorare la longevità e la densità energetica. Tuttavia, le batterie al litio ferro fosfato (LFP) stanno emergendo come una valida alternativa.

Con la formula chimica LiFePO₄ (litio, ferro, fosfato), le batterie LFP offrono vantaggi distinti rispetto alle controparti NMC e NCA:

• Efficienza dei costi: I costi di produzione LFP sono significativamente inferiori (~$98,50/kWh contro $120,30 per NCA), rendendo potenzialmente i veicoli elettrici più convenienti.
• Durata estesa: Le batterie LFP sopportano più cicli di carica, spingendo Tesla a raccomandare una carica al 100% (contro l'80% per le batterie a base di nichel).
• Resistenza alla ricarica rapida: La loro struttura cristallina 3D resiste meglio alla ricarica ad alta tensione/calore rispetto alle batterie NMC/NCA.
• Sicurezza: La soglia di runaway termico (270°C) di LFP supera di gran lunga quella di NMC (210°C) e NCA (150°C), riducendo i rischi di incendio.
• Sostenibilità: La composizione senza cobalto/nichel riduce le emissioni di carbonio del 15-25% ed evita pratiche minerarie controverse.

I robusti legami Fe-PO di LFP resistono al rilascio di ossigeno sotto stress (cortocircuiti, surriscaldamento), prevenendo il runaway termico in modo più efficace rispetto alle batterie a base di cobalto.

Nonostante i vantaggi, le batterie LFP presentano compromessi:

• Densità energetica inferiore: I pacchi LFP immagazzinano ~30% di energia in meno rispetto agli equivalenti NCA, richiedendo batterie più grandi/pesanti per un'autonomia equivalente.
• Limitazioni in caso di clima freddo: Sotto i -20°C (-4°F), le batterie LFP mostrano una ricarica più lenta a causa della ridotta conduttività e della diffusione degli ioni di litio.

Tesla ha convertito i modelli Standard Range a LFP nel 2021 (Cina) e nel 2022 (USA). Ford prevede l'adozione di LFP per i modelli Mustang Mach-E europei e alcuni modelli F-150 entro il 2024. Rivian implementerà LFP prima nei furgoni per le consegne di Amazon, seguiti dai camion a autonomia standard. Anche la Chevy Bolt EV riprogettata di General Motors e i modelli BMW del 2025 utilizzeranno la tecnologia LFP.

Le osservazioni dai modelli Tesla rivelano:

• Le batterie LFP raggiungono temperature massime più elevate (~70°F contro ~60°F di NCA) per un'autonomia ottimale.
• I modelli 3 a autonomia standard (LFP) raggiungono le autonomie nominali EPA in modo più coerente rispetto alle varianti a lunga autonomia/prestazioni.

Gli studi dimostrano che i cicli LFP durano 2-4 volte più a lungo rispetto alle batterie NMC, con un degrado minimo dalla carica completa.

Sì, la loro soglia di runaway termico più elevata (270°C contro 150°C di NCA) riduce significativamente i rischi di incendio, sebbene gli incendi delle batterie al litio rimangano estremamente rari.

Sebbene Tesla raccomandi la carica completa per LFP a causa della sua resilienza, mantenere una carica all'80-85% ottimizza comunque la longevità per tutte le batterie agli ioni di litio.

Le velocità di ricarica diminuiscono a temperature sotto lo zero senza precondizionamento, sebbene gli aggiornamenti della gestione termica possano mitigare questo problema.

Sì, l'eliminazione del cobalto/nichel riduce la dipendenza da operazioni minerarie con preoccupazioni umanitarie e supporta le catene di approvvigionamento nazionali.