Ho già scritto del processo produttivo delle batterie LiFePO₄ e di come funziona l’accumulo nei sistemi BESS in rete. Questo articolo riguarda il passo successivo nella tecnologia delle celle, la batteria allo stato solido.
Le batterie agli ioni di litio che alimentano oggi gli smartphone, i veicoli elettrici e i sistemi di accumulo industriale, condividono tutte lo stesso principio costruttivo. Due elettrodi, un anodo e un catodo, separati da un elettrolita liquido. Questo liquido, solitamente un sale di litio disciolto in un solvente organico, trasporta gli ioni di litio da un elettrodo all’altro durante la carica e la scarica. Questi solventi organici sono infiammabili. Un cortocircuito interno, un surriscaldamento o un urto violento, possono innescare una reazione a catena chiamata thermal runaway, cioè una fuga termica incontrollabile che porta al fuoco o all’esplosione della cella. Per contenere questo rischio, le batterie tradizionali richiedono sistemi di gestione termica complessi, separatori, valvole di sicurezza e involucri robusti. Tutto peso e volume che sottraggono spazio all’energia utile.
Le batterie ASSB (All-Solid-State Battery) sostituiscono l’elettrolita liquido con un materiale solido. La categoria è ampia e al suo interno si distinguono tre famiglie principali di elettroliti solidi. Gli ossidi offrono stabilità elettrochimica eccellente ma soffrono di elevata resistenza alle interfacce con gli elettrodi e richiedono sinterizzazione ad alta temperatura per la lavorazione. I solfuri presentano un’elevata conducibilità ionica e migliore compatibilità meccanica ma sono molto sensibili all’umidità e richiedono ambienti inerti durante la produzione. I polimeri sono i più facili da lavorare su scala industriale e flessibili nelle interfacce con gli elettrodi ma la loro conducibilità ionica, a temperatura ambiente, rimane inferiore alle altre due famiglie e la finestra di stabilità elettrochimica è più stretta.
Il vantaggio comune a tutte le batterie allo stato solido, è la possibilità di usare un anodo in litio metallico al posto della grafite. Le celle agli ioni di litio oggi in produzione di massa, raggiungono densità energetiche tra 250 e 300 Wh/kg a livello di cella. I pacchi batteria completi dopo aver integrato raffreddamento, struttura e sistemi di sicurezza, scendono tipicamente a 150-200 Wh/kg. Il nodo tecnico nell’adottare il litio metallico come anodo, è la formazione dei dendriti, filamenti cristallini che crescono sull’anodo durante la ricarica e possono perforare il separatore, causando cortocircuiti. Negli elettroliti solidi, il materiale offre una resistenza meccanica maggiore rispetto al liquido ma il problema rimane aperto e richiede soluzioni ingegneristiche specifiche per ogni chimica adottata.
Samsung SDI ha intrapreso la strada dei solfuri. Nel 2020 i ricercatori del Samsung Advanced Institute of Technology hanno pubblicato su Nature Energy i risultati di un prototipo di cella allo stato solido. Introduce per la prima volta uno strato composito di argento e carbonio come materiale anodico. Questo strato di nanocomposito argento-carbonio, spesso soli 5 micrometri, ha permesso di ridurre lo spessore dell’anodo e portare la densità energetica fino a 900 Wh/L, con una riduzione del volume della cella di circa il 50% rispetto a una batteria agli ioni di litio equivalente.
Samsung SDI definisce questo approccio “anode-less“, senza anodo preformato. L’anodo di litio metallico non è presente nella cella prima della prima carica ma si forma autonomamente quando il litio migra dal catodo e si deposita sullo strato di argento-carbonio durante il primo ciclo. Questo riduce il volume iniziale della cella ed elimina la necessità di lavorare il litio metallico puro in fase di assemblaggio, una delle operazioni più delicate dell’intera filiera. Lo strato Ag-C controlla la deposizione del litio, distribuendola in modo uniforme e riducendo la formazione di dendriti che, se crescono fino a perforare il separatore, possono compromettere sia le prestazioni sia la sicurezza della cella.
Samsung SDI dichiara per il suo All Solid Battery, una densità energetica di 900 Wh/L, il 40% superiore rispetto alle celle prismatiche attualmente in produzione di massa. Le proiezioni per l’applicazione automotive, pubblicate contestualmente al prototipo su Nature Energy, indicano un’autonomia superiore agli 800 km e una vita utile di oltre mille cicli di ricarica.
I solfuri mostrano la conducibilità ionica più elevata tra le famiglie di elettroliti solidi, una buona compatibilità meccanica con gli elettrodi e costi di produzione moderati, elementi che li rendono tra i candidati più credibili per la commercializzazione in ambito automotive. Il limite principale è la sensibilità all’umidità. I solfuri tendono a rilasciare idrogeno solforato H₂S in presenza di acqua e questo richiede ambienti di produzione a umidità controllata e atmosfera inerte. Questo vincolo produttivo è uno dei fattori di costo più rilevanti nell’intera catena del valore.
Sul fronte dei concorrenti, QuantumScape in partnership con Volkswagen adotta un separatore ceramico in ossido. Toyota lavora anch’essa su elettroliti a base di solfuri con un percorso di commercializzazione previsto tra il 2027 e il 2028. Factorial Energy ha validato con Stellantis celle da 375 Wh/kg con ricarica dal 15% al 90% in 18 minuti e punta su flotte dimostrative nel 2026. Mercedes-Benz sta testando la stessa tecnologia Factorial in una EQS modificata da febbraio 2025. Nessuno di questi attori adotta la configurazione anode-less con strato argento-carbonio di Samsung che rimane una soluzione proprietaria.
All’InterBattery 2026 di Seoul, aperta l’11 marzo al COEX, Samsung SDI ha presentato per la prima volta un campione di cella allo stato solido in formato pouch progettato per applicazioni di intelligenza artificiale fisica con particolare riferimento ai robot umanoidi. I sistemi robotici, hanno spazio limitato per l’integrazione delle batterie e richiedono celle compatte con alta densità energetica e lunga durata operativa. Generano inoltre picchi di potenza istantanea durante il movimento e questo rende la capacità di erogazione di potenza un requisito essenziale. La produzione di massa è prevista per la seconda metà del 2027 con un programma che include robot umanoidi, robot mobili e robot industriali.
Per il settore automotive, nell’ottobre 2025, Samsung SDI ha firmato un accordo trilaterale con BMW Group e la società americana Solid Power per lo sviluppo e la validazione di celle ASSB. Nell’accordo Solid Power fornisce l’elettrolita solido a base di solfuri, Samsung SDI costruisce le celle e BMW sviluppa i moduli e i pacchi batteria da integrare in veicoli di valutazione di nuova generazione.
Lo strato di argento-carbonio richiede argento, un metallo il cui mercato è in deficit strutturale dal 2021. Nel 2024 la domanda industriale ha raggiunto il record storico di 680,5 milioni di once con un deficit complessivo di 148,9 milioni di once per il quarto anno consecutivo. Le stime indicano un consumo di argento fino a circa un chilogrammo per ogni pacco batteria da 100 kWh, un dato di un ordine di grandezza superiore rispetto all’utilizzo attuale nelle batterie agli ioni di litio convenzionali. A questo si aggiunge la necessità di riconvertire o costruire impianti produttivi capaci di operare in ambienti a umidità controllata, con attrezzature per la lavorazione in atmosfera inerte.
Le stime di settore indicano costi di produzione attuali compresi tra 400 e 800 dollari per kWh per le celle allo stato solido rispetto a circa 115 dollari per kWh delle celle agli ioni di litio nel 2024. Un divario che potrà ridursi solo con economie di scala significative.
Il 2027 è la data che Samsung SDI si è data e tra due anni sapremo se la filiera regge il confronto con le condizioni reali di produzione. Se vuoi restare aggiornato su questi temi, ti invito a iscriverti alla newsletter o a seguire il blog, ormai siete in tanti. I prossimi sviluppi su scala produttiva saranno più indicativi di qualsiasi dato da laboratorio. L.L.
