Le batterie al litio sono nella nostra vita, dal pc fino all'impianto fotovoltaico con storage. Quanto litio serve in una singola batteria?

Batterie al litio. Il nostro futuro sarà segnato dall'utilizzo di questi straordinari  accumulatori di energia che già oggi ci permettono di massimizzare l'autoconsumo di energia elettrica grazie all'impianto fotovoltaico con storage, ma anche accendere il motore della nostra auto elettrica o più semplicemente avviare lo smartphone.

Però, quanto litio serve per una batteria e, soprattutto, quanto questo peserà sulle riserve mondiali? Una interessante risposta ci arriva da un articolo firmato da Domenico Cimmino e Alessandro Burgio, nell'ambito del gruppo di lavoro Evolvere nel progetto ComEsto.

Batterie al litio: la storia

Tutto prende avvio con la crisi petrolifera mondiale e gli studi sviluppati da tre chimici, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino che lo scorso anno, proprio per il valore di queste ricerche, hanno ricevuto il premio Nobel per la Chimica. La prima batteria messa a punto da Whittingham ha come anodo litio metallico e come catodo il disolfuro di titanio. La caratteristica principale: il flusso degli elettroni tra i due può essere ripristinato tramite ricarica innumerevoli volte.
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Questo prototipo viene migliorato da Goodenough e Yoshino e diventa la batteria che tutti conosciamo, applicabile su larga scala, prima ai computer portatili poi agli smartphone, in una storia che arriva fino agli impianti fotovoltaici con storage protagonisti della generazione distribuita dell'energia. 

Batterie al litio: cos'è il litio e dove si ricava

Il litio (Li) - dal greco lithos, pietra – è un metallo alcalino che reagisce rapidamente con l’ossigeno (ossidazione) contenuto nell’aria o nell’acqua ed è il metallo più leggero della tavola periodica (1 mole di Litio pesa solo 7 grammi). Presenta un'elevata densità energetica (Li → Li+ + e-) ed una capacità teorica pari a 3.87Ah/g (pari a 41 MJ·kg-1). Si ricava per estrazione dalle miniere: nel mondo ne esistono molte. L’Australia è il Paese con la maggiore estrazione di litio, seguono Cile e Cina. La più grande miniera, però, è in Messico e nei prossimi anni diventerà un'enorme risorsa per il Paese. 

Batterie al litio: quanto ne serve

A fronte di questi dati, con un calcolo matematico, si può arrivare a stabilire il quantitativo teorico necessario per attivare una batteria Litio-Ferro Fosfato (LiFePO4) da 3.2V: 80 grammi di litio per kWh. Questo però è un calcolo teorico: nella realtà invece, per diversi fattori, il quantitativo di litio contenuto è più alto, circa il doppio del valore teorico, cioè 160 g per kWh. Per fare un esempio: una comune batteria stilo non ricaricabile, FR6 LiFeS2 1.5Volt 3000mAh, contiene circa 0.72g di litio (il 4.8% del peso della stessa batteria) mentre la batteria della Nissan Leaf, 24kWh – 109cv, contiene circa 4 kg di litio.

Batterie al litio: quanto ne servirà per il prossimo futuro

La risposta più semplice è una: tanto, anzi, tantissimo. Le batterie agli ioni di litio rappresentano il 45-60% del mercato mondiale di litio, una percentuale destinata però a crescere soprattutto con la diffusione della mobilità elettrica. Quest'ultima infatti interessa l'84% del mercato mondiale di batterie agli ioni di litio. Il mercato dello stoccaggio stazionario e residenziale rappresenta appena il 6% del mercato globale: anche qui si attende una crescita esponenziale con la diffusione della generazione distribuita dell'energia e, di conseguenza degli accumulatori necessari per lo storage.

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Con un importante appunto: gli esperti del settore stimano che il 32% delle batterie per lo stoccaggio stazionario sarà costituito da batterie dismesse dai veicoli elettrici (second life batteries), in un'ottica ancora maggiore di sostenibilità del settore. 

Batterie al litio e fotovoltaico: perché si usano e quanto durano

Le batterie al litio nei sistemi di storage oggi offrono le prestazioni più elevate e maggiore durata nel tempo. Come ci ha spiegato qui Antonello Ceci, asset & project manager operation di Evolvere: "Una maggiore capacità di accumulo, un elevato numero di cicli di ricarica e una profondità di scarica (DoD - Depth Of Discharge) ormai superiore al 90%, ci permettono di coprire buona parte dei consumi domestici. Nel prossimo futuro, con la nascita delle smart grid, incrementeranno la nostra capacità di scambiare energia in rete”. Le batterie al litio, inoltre, se utilizzate correttamente, ci promettono un lungo futuro: con un ciclo di carico e scarico quotidiano la vita media tocca i 15 anni.