L’industria potrebbe ridurre le emissioni di gas serra promuovendo una catena del valore circolare in cui le batterie vengono riutilizzate, riparate o riciclate. Tuttavia, ciò richiede un enorme sforzo e un coordinamento intersettoriale.

Barriere economiche

I picchi storici dei prezzi e la volatilità, le normative nazionali e la carenza di materiali da costruzione possono ritardare notevolmente la costruzione delle fabbriche.

Standard di produzione armonizzati e una forte enfasi sull’occupazione locale e sui dialoghi inclusivi possono mitigare alcuni di questi ostacoli. Anche la legislazione e le iniziative di tracciabilità della catena di fornitura possono contribuire a migliorare le pratiche di approvvigionamento.

Materiali

I materiali utilizzati nella produzione delle batterie possono essere fondamentali. L’esempio più importante è il litio, che rappresenta due terzi del costo di un’auto elettrica.

Altre preoccupazioni relative alle materie prime includono grafite naturale, nichel e fosforo. Sebbene le infrastrutture minerarie siano generalmente ben consolidate per questi metalli, i nuovi giacimenti non vengono scoperti abbastanza rapidamente da compensare l’invecchiamento delle miniere. Di conseguenza, nei prossimi anni si prevede una certa carenza di materie prime.

Un’altra potenziale preoccupazione è che le operazioni possano avere impatti sfavorevoli sulle comunità locali attraverso violazioni dei diritti umani, compreso il lavoro minorile e forzato. Il cobalto, ad esempio, è nell’elenco dei beni prodotti dal lavoro minorile e/o forzato stilato dal Dipartimento del Lavoro.

Il modo migliore per affrontare questi rischi è attraverso la pianificazione strategica e la diversificazione della catena di fornitura. McKinsey ritiene che sia possibile costruire una catena del valore globale resiliente delle batterie attorno a hub regionali che coprano oltre il 90% della domanda locale di celle e l’80% della domanda locale di materiale attivo.

Progettazione delle cellule

Varie scelte di progettazione delle celle influiscono sull’affidabilità, sulla sicurezza e sulle prestazioni della batteria. La custodia o custodia, gli isolanti interni, i collettori, le porte di ventilazione e i materiali degli elettrodi hanno tutti un impatto significativo. Non esiste una cella standard agli ioni di litio, poiché celle che nominalmente appaiono identiche mostrano comportamenti e prestazioni molto diversi.

Il sale elettrolitico utilizzato nelle batterie agli ioni di litio (LiPF6) si decompone per formare acido fluoridrico tossico (HF) se miscelato con acqua o esposto all'umidità durante la produzione e l'assemblaggio. Le celle sono prodotte e assemblate in "stanze asciutte" per prevenire la formazione di HF.

Con l’aumento della domanda globale di batterie agli ioni di litio, la resilienza della catena di approvvigionamento diventa sempre più importante. Ciò può essere ottenuto attraverso l’integrazione verticale, la gestione localizzata della catena di fornitura a monte, le partnership strategiche e una rigorosa pianificazione dell’incremento della produzione. Le aziende possono anche contribuire a stabilire un impatto sociale sostenibile e inclusivo sostenendo salute, sicurezza, standard di commercio equo e iniziative di sviluppo ambientale e comunitario. Ciò include la creazione di una catena del valore circolare in cui le batterie usate possano essere riparate, riutilizzate o riciclate.

Collegamento di celle

La maggior parte del Catena di batterie al litio i moduli in un veicolo sono costruiti con connessioni parallele di più celle. Ciò aumenta l'affidabilità del sistema aggiungendo percorsi energetici ridondanti. Tuttavia, crea uno squilibrio di corrente tra rami paralleli e aumenta il degrado delle celle a causa della generazione di calore disuguale e della variazione di resistenza da cellula a cellula.

Ciò porta a un gradiente di invecchiamento tra i singoli rami paralleli che riduce la capacità della batteria e rappresenta un rischio per la sicurezza se la corrente del ramo più alta supera la corrente di carica/scarica nominale massima della cella (vedere figura 1c). Ciò può causare il surriscaldamento della cella prima che si attivino gli altri dispositivi di sicurezza.

Per superare questo problema, la progettazione del modulo deve consentire una separazione sicura delle celle saldate senza compromettere il processo di saldatura o le prestazioni. Ciò può essere fatto progettando le celle in modo che abbiano due aree di giunzione separate che vengono tagliate dopo il processo di saldatura. Le singole celle risultanti possono quindi essere utilizzate in nuovi prodotti a batteria.

Confezione

Come la maggior parte delle merci pericolose, le batterie al litio e le apparecchiature alimentate a batteria richiedono un imballaggio specifico per garantirne la sicurezza durante il trasporto. Queste specifiche possono variare a seconda della modalità di trasporto.

Ad esempio, la spedizione via treno richiede il rispetto di una serie diversa di linee guida specifiche per il trasporto di merci pericolose. Queste normative sono dettagliate nelle linee guida per il trasporto di merci pericolose per ferrovia (RID) che, se combinate con le linee guida ADR utilizzate per il trasporto su strada, richiedono effettivamente imballaggi, processi e protezioni simili.

Questo tipo di imballaggio protegge dai cortocircuiti utilizzando imballaggi interni non conduttivi che racchiudono completamente celle e batterie e sono collocati in modo sicuro in robusti imballaggi esterni. Questi pacchetti includono anche divisori interni per impedire movimenti che potrebbero allentare i cappucci dei terminali e sono nastrati o fissati per evitare che la batteria si sposti durante il trasporto. Queste misure protettive aiutano a rispettare la norma UN3480 e altre linee guida sui materiali pericolosi.