L'analisi del MIT mostra un drastico calo dei costi delle batterie agli ioni di litio, parallelamente ai miglioramenti nelle energie rinnovabili

Il costo delle batterie ricaricabili agli ioni di litio utilizzate per telefoni, computer portatili e automobili è diminuito drasticamente negli ultimi tre decenni ed è stato uno dei principali motori della rapida crescita di queste tecnologie. Ma il tentativo di quantificare questo calo dei costi ha prodotto risultati ambigui e contrastanti che hanno ostacolato i tentativi di proiettare il futuro della tecnologia o di definire politiche e priorità di ricerca utili.

Ora i ricercatori del MIT hanno condotto un'analisi esaustiva degli studi che hanno esaminato il declino dei prezzi di queste batterie, che sono la tecnologia ricaricabile dominante nel mondo di oggi. Il nuovo studio ha analizzato tre decenni fa, analizzando anche i dati e i documenti originali quando possibile, per arrivare a un quadro chiaro della traiettoria della tecnologia.

I ricercatori hanno scoperto che il costo di queste batterie è sceso del 97% da quando sono state introdotte in commercio nel 1991. Questo tasso di miglioramento è molto più rapido di quanto sostenuto da molti analisti ed è paragonabile a quello dei pannelli solari fotovoltaici, che alcuni avevano considerato un caso eccezionale. Le nuove scoperte sono riportate oggi sulla rivista Energy and Environmental Science, in un articolo del postdoc del MIT Micah Ziegler e del professore associato Jessika Trancik.

Sebbene sia chiaro che alcune tecnologie per l'energia pulita, come l'energia solare ed eolica, hanno subito un drastico calo dei costi, Trancik afferma che, quando hanno iniziato a esaminare il calo dei prezzi delle batterie agli ioni di litio, "ci siamo resi conto che c'era un sostanziale disaccordo sulla rapidità con cui i costi di queste tecnologie erano scesi". Simili disaccordi sono emersi nel tracciare altri aspetti importanti dello sviluppo delle batterie, come la densità energetica (energia immagazzinata in un determinato volume) e l'energia specifica (energia immagazzinata in una determinata massa) in costante miglioramento.

"Queste tendenze sono fondamentali per arrivare al punto in cui ci troviamo ora, ma anche per pensare a ciò che potrebbe accadere in futuro", afferma Trancik, professore associato presso l'Institute for Data, Systems and Society del MIT. Sebbene fosse risaputo che il calo dei costi delle batterie fosse uno dei fattori che hanno favorito la recente crescita delle vendite di veicoli elettrici, ad esempio, non era chiara l'entità di tale calo. Grazie a questa analisi dettagliata, spiega l'autrice, "siamo stati in grado di confermare che sì, le tecnologie delle batterie agli ioni di litio sono migliorate in termini di costi, a tassi paragonabili a quelli della tecnologia dell'energia solare, e in particolare dei moduli fotovoltaici, che sono spesso considerati il gold standard nell'innovazione dell'energia pulita".

Può sembrare strano che ci sia una così grande incertezza e disaccordo sull'entità del calo dei costi delle batterie agli ioni di litio e sui fattori che lo hanno determinato, ma in realtà molte delle informazioni sono sotto forma di dati aziendali strettamente conservati e di difficile accesso per i ricercatori. La maggior parte delle batterie agli ioni di litio non viene venduta direttamente ai consumatori: non si può andare a prendere una batteria di ricambio per l'iPhone, il PC o l'auto elettrica nella tipica farmacia all'angolo. I produttori acquistano invece le batterie agli ioni di litio e le inseriscono nei dispositivi elettronici e nelle automobili. Grandi aziende come Apple o Tesla acquistano batterie a milioni, o le producono da sole, a prezzi che vengono negoziati o contabilizzati internamente, ma mai resi pubblici.

Oltre a contribuire all'elettrificazione in corso dei trasporti, un ulteriore calo dei costi delle batterie agli ioni di litio potrebbe potenzialmente aumentarne l'uso nelle applicazioni stazionarie, per compensare la fornitura intermittente di fonti di energia pulita come l'energia solare ed eolica. Entrambe le applicazioni potrebbero svolgere un ruolo significativo nel contribuire a contenere le emissioni mondiali di gas serra che alterano il clima. "Non posso sopravvalutare l'importanza di queste tendenze nell'innovazione dell'energia pulita per arrivare al punto in cui ci troviamo ora, in cui inizia a sembrare che potremmo assistere a una rapida elettrificazione dei veicoli e a una rapida crescita delle tecnologie per l'energia rinnovabile", afferma Trancik. "Naturalmente c'è ancora molto da fare per affrontare il cambiamento climatico, ma questo è stato un vero e proprio cambiamento di gioco".

I nuovi risultati non si limitano a ripercorrere la storia dello sviluppo delle batterie, ma aiutano a orientare il futuro, sottolinea Ziegler. Combinando tutta la letteratura pubblicata sul tema della riduzione dei costi delle celle agli ioni di litio, ha trovato "misure molto diverse del miglioramento storico". E in una serie di articoli diversi, i ricercatori usavano queste tendenze per dare suggerimenti su come ridurre ulteriormente i costi delle tecnologie agli ioni di litio o su quando avrebbero potuto raggiungere gli obiettivi di costo". Ma poiché i dati sottostanti variavano molto, "le raccomandazioni che i ricercatori facevano potevano essere molto diverse". Alcuni studi suggerivano che le batterie agli ioni di litio non sarebbero scese di costo abbastanza rapidamente per certe applicazioni, mentre altri erano molto più ottimisti. Queste differenze nei dati possono avere un impatto reale sulla definizione delle priorità di ricerca e sugli incentivi governativi.

I ricercatori hanno scavato nelle fonti originali dei dati pubblicati, scoprendo in alcuni casi che alcuni dati primari erano stati utilizzati in più studi citati successivamente come fonti separate, o che le fonti originali dei dati erano andate perse lungo il percorso. Mentre la maggior parte degli studi si è concentrata solo sul costo, Ziegler afferma che è diventato chiaro che un'analisi così unidimensionale avrebbe potuto sottovalutare la rapidità con cui le tecnologie agli ioni di litio sono migliorate; oltre al costo, anche il peso e il volume sono fattori chiave sia per i veicoli che per l'elettronica portatile. Il team ha quindi aggiunto una seconda traccia allo studio, analizzando anche i miglioramenti di questi parametri.

"Le batterie agli ioni di litio non sono state adottate perché all'epoca erano la tecnologia meno costosa", spiega Ziegler. "Erano disponibili tecnologie di batterie meno costose. La tecnologia agli ioni di litio è stata adottata perché consente di mettere in mano apparecchi elettronici portatili, di produrre utensili elettrici che durano più a lungo e hanno più potenza, e di costruire automobili" in grado di fornire un'autonomia adeguata. "Ci è sembrato che guardare solo ai dollari per chilowattora raccontasse solo una parte della storia", spiega.

Questa analisi più ampia aiuta a definire ciò che potrebbe essere possibile in futuro: "Stiamo dicendo che le tecnologie agli ioni di litio potrebbero migliorare più rapidamente per alcune applicazioni di quanto non si preveda guardando solo a una misura delle prestazioni. Esaminando più misure, si ottiene essenzialmente un quadro più chiaro del tasso di miglioramento, e questo suggerisce che potrebbero migliorare più rapidamente per le applicazioni in cui le restrizioni su massa e volume sono allentate".

Trancik aggiunge che il nuovo studio può svolgere un ruolo importante nella definizione delle politiche energetiche. "I dati pubblicati sulle tendenze delle poche tecnologie pulite che hanno visto una riduzione dei costi nel tempo, l'eolico, il solare e ora le batterie agli ioni di litio, tendono a essere citati più e più volte, non solo nei documenti accademici, ma anche nei documenti politici e nei rapporti dell'industria", afferma Trancik. "Molte importanti conclusioni di politica climatica si basano su queste poche tendenze. Per questo motivo, è importante che siano corrette. È davvero necessario trattare i dati con cura e migliorare il nostro livello generale di gestione dei dati tecnologici e di monitoraggio di queste tendenze".

"I costi delle batterie determinano la parità di prezzo tra i veicoli elettrici e quelli con motore a combustione interna", afferma Venkat Viswanathan, professore associato di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University, che non è stato associato a questo lavoro. "Per questo motivo, la previsione del calo dei costi delle batterie è probabilmente una delle sfide più critiche per garantire una comprensione accurata dell'adozione dei veicoli elettrici".

Viswanathan aggiunge che "la scoperta che la riduzione dei costi può avvenire più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza consentirà un'adozione più ampia, aumentando i volumi e portando a un'ulteriore riduzione dei costi. ... I set di dati curati, analizzati e rilasciati con questo documento avranno un impatto duraturo sulla comunità".

Il lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione Alfred P. Sloan.

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Questo articolo è stato pubblicato originariamente dal Massachusetts Institute of Technology.
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