QuantumScape è una società nata come start-up dell’Università di Stanford che ha raccolto un finanziamento di oltre 2 miliardi di US$ per sviluppare una nuove generazione di batterie al litio allo stato solido. L’elenco dei soci vede personaggi come Bill Gates, grandi gruppi automobilistici ed alcune società finanziarie internazionali. QuantumScape opera da circa 10 anni e – anche se fino ad oggi non ha ancora incassato un solo dollaro dalla vendita dei suoi prodotti – non ha certamente sofferto per la carenza di finanziamenti.

Lo scopo di QuantumScape è quello di costruire batterie al litio allo stato solido che surclassino in termini di caratteristiche funzionali e di rapporto costo/prestazioni le batterie al litio ad elettrolita liquido che attualmente vengono montate sulle auto elettriche.

La tecnica delle batterie ricaricabili a stato solido non è nuova perché i primi prototipi risalgono a circa 40 anni fa, ma – almeno fino ad oggi – questi dispositivi non hanno mai avuto una significativa rilevanza dal punto di vista commerciale. La struttura di una batteria a stato solido non è concettualmente diversa rispetto a quella di una batteria ad elettrolita liquido. La principale differenza è che – invece di usare la membrana polimerica che separa anodo e catodo nelle batterie al litio tradizionali – nelle batterie a stato solido si fa uso di una membrana solida costituita da un particolare materiale ceramico.

Uno dei limiti delle attuali batterie è legato alla progressiva perdita di capacità di carica che si verifica con l’aumento del numero di cicli di carica e scarica (per un’auto elettrica parliamo di almeno 1.000 cicli). La perdita di capacità di carica produce una riduzione dell’autonomia. Oggi questo è uno dei limiti principali delle auto elettriche che hanno costi di manutenzione molto ridotti rispetto ad un’auto tradizionale, ma solo fino a che non è necessario sostituire le batterie.

Un altro grosso limite delle attuali batterie è quello del lungo tempo di carica, tipicamente superiore ai 30 minuti. Molti modelli di auto elettriche prevedono la possibilità di effettuare cariche parziali (una sorta di “rabbocco“) in tempi molto più ristretti, ma l’uso frequente di tale procedura accelera il decadimento della capacità di carica che è stato discusso precedentemente.

Tra l’altro, i lunghi tempi di carica spingono i costruttori a dotare le loro auto elettriche di batterie sempre più grandi in modo da consentire di coprire lunghe distanze senza dover effettuare fermate prolungate per ricaricare l’auto. Questa scelta incide negativamente sulle caratteristiche dei mezzi elettrici (riduce il volume interno disponibile e aumenta sia il peso a vuoto che i consumi), oltre a fare aumentare sensibilmente i costi di produzione.

Le batterie al litio allo stato solido possono essere costruite utilizzando il litio stesso come anodo (senza bisogno del tipico anodo di grafite usato nelle batterie al litio tradizionali). Questo ne semplifica considerevolmente il funzionamento e riduce il costo di costruzione. In particolare, vengono eliminati alla radice molti fenomeni elettrochimici che avvengono sull’anodo interferendo negativamente sui processi di carica e scarica.

Grazie a tali caratteristiche le batterie allo stato solido possono raggiungere l’80% della carica totale entro un tempo massimo di 15 minuti: ancora lungo rispetto a quello necessario per effettuare un pieno di benzina, ma comunque tale da non incidere più di tanto sui tempi di percorrenza nell’ambito di un viaggio fatto sulle medie-lunghe distanze.

I modelli a stato solido promettono di essere molto più sicuri rispetto alle batterie attuali perché non contengono materiali facilmente infiammabili. Inoltre possono lavorare bene anche a temperature particolarmente basse (fino a -30°C).

I tentativi di produrre su larga scala batterie al litio allo stato solido sono fin qui falliti a causa del rapido degrado della membrana ceramica che è soggetta alla formazione di dendriti (filamenti di litio che si insinuano nel lato esposto verso l’anodo del separatore ceramico). QuantumScape sostiene di avere sviluppato uno speciale materiale che consente di costruire separatori ceramici molto stabili, non soggetti alla formazione di dendriti.

Andando a curiosare nel sito di QuantumScape ho trovato la foto delle batterie prototipo che sono state utilizzate per realizzare lo studio di durabilità (processo ripetuto di carica e scarica) che ha portato al clamoroso annuncio a cui accennavo all’inizio di questo post. Ecco qui l’immagine tratta dal rapporto tecnico:

Non sappiamo – al momento – quali siano i problemi ancora da risolvere prima di arrivare allo sviluppo di batterie di dimensioni maggiori, adatte per essere utilizzate nell’ambito di un veicolo a trazione elettrica. QuantumScape si è limitata ad annunciare che lo sviluppo è stato avviato, ma non ha ancora confermato le previsioni fatte nel 2020 (al momento della quotazione in borsa) secondo cui la produzione su scala industriale sarebbe partita alla fine del 2024.

Intanto i due colossi cinesi delle batterie (BYD e CATL) pur avendo investito nella ricerca delle batterie allo stato solido fino dal 2016 sono piuttosto prudenti e dichiarano che ci vorranno ancora alcuni anni prima che le batterie allo stato solido diventino competitive.

Un’ultima osservazione nel caso in cui – leggendo questo post – vi fosse venuto in mente di acquistare azioni di QuantumScape nella speranza che questa azienda diventi la Apple del futuro. QuantumScape Corporation è stata quotata in borsa a New York (NYSE) nel novembre 2020 e la sua quotazione attuale si colloca sotto a 10 US$. Alla fine del 2021 aveva raggiunto un picco pari a circa 120 US$, poi è iniziata una lunga discesa che non mostra ancora segni di inversione. Ammesso e non concesso che possa essere un buon investimento, lo sarà solo a lungo termine, ma c’è anche una elevata probabilità di perdere gran parte dei vostri soldi. Forse è meglio lasciare le speculazioni finanziarie a Bill Gates!