Rising Star: Commercial Advancements & Developments of SSB

Rising Star: Commercial Advancements & Developments of SSB
La crescente popolarità delle batterie allo stato solido
 
L'annuncio di Toyota di aver raggiunto una "svolta tecnologica" per risolvere i problemi di durata e "una soluzione per i materiali" per una batteria allo stato solido (SSB) che alimenterà i veicoli elettrici nel luglio 2023 ha scatenato un'altra ondata di interesse per le SSB, oltre ai continui sforzi di aziende come BMW, CATL, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, LG, Mercedes-Benz, Nissan, Panasonic, Samsung, Volkswagen, ecc.
 
Le SSB hanno avuto un'importanza strategica in diversi Paesi e regioni. Ad esempio, la Germania ha stanziato 1 miliardo di euro per sostenere un consorzio che cerca di produrre celle per batterie per auto elettriche e prevede di finanziare una struttura di ricerca per sviluppare batterie allo stato solido di prossima generazione. Nel Regno Unito, un progetto di collaborazione di 30 mesi, "PowerDrive Line", sviluppa una batteria allo stato solido a base di litio per veicoli elettrici e PHEV e stabilisce una linea pre-pilota per questa tecnologia di celle SSB. Il governo giapponese ha creato il Consortium for Lithium-Ion Battery Technology and Evaluation Center (Libtec) per portare avanti la ricerca sulle batterie allo stato solido. In Corea del Sud, i tre maggiori produttori di batterie, SK Innovation, LG Chem e Samsung SDI, promuovono la ricerca congiunta sui settori delle batterie di prossima generazione, comprese quelle allo stato solido. Le aziende statunitensi di batterie allo stato solido hanno attirato investimenti da parte di fornitori di batterie globali, produttori di automobili e capitali di rischio, con continui progressi.
 
Sostituendo l'elettrolita liquido organico infiammabile con un elettrolita allo stato solido (SSE), le SSB consentono di migliorare la sicurezza e la tolleranza agli abusi. L'SSE può anche essere abbinato a un anodo di litio metallico e a un catodo ad alta tensione, per una densità energetica potenzialmente più elevata. Le caratteristiche speciali degli SSB consentono di collegarli in serie e in parallelo all'interno di una cella, con conseguente flessibilità del design del pacco. Inoltre, l'innovativo design del pacco consente una maggiore efficienza di assemblaggio, contribuendo ad aumentare ulteriormente la densità energetica e a ridurre i costi a livello di sistema.
 
Proposte di valore offerte dalle batterie allo stato solido. Fonte: IDTechEx
 
Le proposte di valore uniche hanno portato le SSB ad essere perseguite da ricercatori accademici, sviluppatori di batterie, OEM del settore automobilistico, investitori e fornitori di materiali e componenti. Inoltre, la produzione convenzionale di batterie agli ioni di litio è stata tradizionalmente dominata dai Paesi dell'Asia orientale, con contributi notevoli da parte di Giappone, Cina e Corea del Sud. Tuttavia, è in corso un cambiamento significativo, in quanto gli Stati Uniti e vari Paesi europei stanno partecipando alla gara, riorientando di fatto la creazione di valore aggiunto dall'Asia orientale, con un'enfasi strategica sulla creazione di impianti di produzione di batterie in prossimità dei mercati di applicazione.
 
Questo panorama in evoluzione è caratterizzato dall'esplorazione di nuovi materiali e componenti e dalla rivalutazione dei processi produttivi. Tutto ciò offre il potenziale per rimescolare la catena di fornitura delle batterie. Da un punto di vista sia tecnologico che commerciale, lo sviluppo delle SSB è emerso come parte della strategia per le batterie di nuova generazione. Si è trasformato in un impegno globale caratterizzato da interessi regionali e da un sostanziale sostegno governativo. Le opportunità saranno disponibili con nuovi materiali, componenti, sistemi, metodi di produzione e know-how.
 
I principali operatori mondiali di batterie allo stato solido. Fonte: IDTechEx
 
Commercializzazione delle SSB
 
Le SSB a base polimerica sono già disponibili sul mercato, come nel caso della Daimler eCitaro. Le SSB semi-ibride/pseudo-ibride sono in fase di sperimentazione e testano continuamente i loro campioni per gli OEM. Nel frattempo, le batterie allo stato solido (ASSB) basate sulla ceramica rimangono saldamente nel campo dello sviluppo. La maggior parte delle batterie SSB commercializzate e di quelle che lo saranno presto sono batterie ibride semi-solide, cioè possono contenere piccole quantità di liquido o gel. A rigore, non sono tutte batterie allo stato solido (ASSB). Dal punto di vista dell'utente finale, non importa quale sia la tecnologia utilizzata, purché le batterie forniscano le caratteristiche richieste. Pertanto, le tecnologie semisolide possono rappresentare una buona transizione tra la tecnologia SSB a base di polimeri già commercializzata e la futura tecnologia SSB a base di solfuri. Man mano che le tecnologie diventano sempre più mature, possiamo passare agli ASSB senza soluzione di continuità.
 
Tabella di marcia per lo sviluppo della tecnologia delle batterie SSB. Fonte: IDTechEx
 
Essendo il mercato potenziale più ampio, l'automotive è l'obiettivo di quasi tutti i fornitori di SSB. Nel frattempo, le applicazioni di nicchia che richiedono una maggiore tolleranza ai maltrattamenti e sono meno sensibili al prezzo possono essere i frutti a portata di mano degli SSB.
 
Dimensioni del mercato indirizzabile delle batterie allo stato solido. Fonte: IDTechEx
 
Ulteriori sforzi per la commercializzazione delle SSB
 
L'annuncio di Toyota ha sottolineato ancora una volta l'importanza del continuo sviluppo dei materiali. Pertanto, sono ancora necessari ulteriori studi sui materiali, sull'ottimizzazione dei dispositivi e sui meccanismi di degrado delle batterie. Nel frattempo, lo sviluppo dovrebbe concentrarsi anche sulla convalida delle celle e sulla progettazione dei sistemi. Ad esempio, i sistemi cell-to-pack (CTP), i sistemi di gestione termica e i progetti meccanici.
 
Il concetto di CTP non è nuovo e si ritrova in progetti basati su batterie agli ioni di litio, come la batteria a lama di BYD e i progetti CTP di CATL. Il concetto di CTP diventerà sempre più importante grazie alla maggiore sicurezza e alla possibilità di impilamento bipolare delle celle SSB. La sicurezza delle batterie si traduce in un design del pacco più flessibile e in un minor numero di componenti elettronici utilizzati nei moduli/pacchi batteria. Il design bipolare, ad esempio, consente un impacchettamento più ravvicinato e una maggiore densità di energia, con conseguente potenziale aumento della densità di energia e costi comparabili a livello di sistema.
 
Il sistema di gestione termica non può essere eliminato per le SSB, ma può essere utilizzato in modo da raggiungere diverse aree operative sicure. Pertanto, la temperatura ideale richiesta per le SSB può essere diversa da quella delle batterie agli ioni di litio.
 
Inoltre, è necessario compiere ulteriori sforzi per l'utilizzo delle attrezzature, l'impronta dello stabilimento, la creazione della catena di fornitura e il miglioramento della resa produttiva.
Il rapporto di IDTechEx "Batterie a stato solido e polimeriche 2023-2033: tecnologia, previsioni, attori" fornisce un'ulteriore comprensione di mercati, operatori, tecnologie, opportunità e sfide, con una copertura dei seguenti aspetti:
  • Panoramica delle batterie agli ioni di litio, delle varie tecnologie di batterie allo stato solido, analisi e benchmarking
  • Tempi di tecnologia e produzione, roadmap
  • Metodi di produzione
  • Analisi e previsioni di mercato
  • Analisi dei costi e della densità energetica
  • Analisi delle batterie allo stato solido e delle speranze
  • Monitoraggio e valutazione dell'attività dei giocatori
  • Analisi della catena di approvvigionamento
  • Regolamenti e riciclaggio
 
Per ulteriori informazioni su questo rapporto, visitate il sito www.IDTechEx.com/SSB, o per l'intero portafoglio di ricerche sull'accumulo di energia disponibile da IDTechEx, visitate il sito www.IDTechEx.com/Research/ES. IDTechEx offre anche l'accesso all'intero portafoglio di ricerche sull'energia attraverso servizi di abbonamento personalizzati: per saperne di più, visitate il sito www.IDTechEx.com/Energy.
 
Questo articolo è tratto da "Technology Innovations Outlook 2024-2034", una rivista gratuita di articoli scritti dagli analisti di IDTechEx che fornisce approfondimenti su una serie di aree di innovazione tecnologica, valutando il panorama attuale e fornendo le prospettive per il prossimo decennio. La rivista può essere letta integralmente su www.IDTechEx.com/Magazine.