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E se un'auto elettrica potesse percorrere fino a 2.000 chilometri con una sola ricarica, senza dover affrontare soste frequenti alle colonnine? Un'autonomia che oggi sembra quasi fantascienza potrebbe diventare, almeno in prospettiva, uno degli obiettivi della ricerca sulle batterie di nuova generazione. A guardare in questa direzione è CATL, il colosso cinese tra i principali protagonisti mondiali del settore degli accumulatori per veicoli elettrici. La tecnologia sotto osservazione è quella delle batterie litio-aria, chiamate anche batterie che respirano proprio perché sfruttano l'ossigeno prelevato direttamente dall'ambiente esterno per produrre energia. Una soluzione che, almeno dal punto di vista teorico, promette una densità energetica enormemente superiore rispetto a quella degli accumulatori oggi utilizzati sulle automobili.
La particolarità delle batterie litio-aria sta proprio nel loro principio di funzionamento. Negli accumulatori agli ioni di litio tradizionali, l'energia viene immagazzinata attraverso reazioni elettrochimiche che coinvolgono materiali contenuti all'interno della cella. Nella tecnologia litio-aria, invece, l'elettrodo negativo utilizza litio metallico, mentre l'ossigeno necessario alla reazione viene prelevato direttamente dall'aria circostante. Durante la fase di scarica, il litio reagisce con l'ossigeno e forma perossido di litio (Li₂O₂) all'interno di un elettrodo poroso, generando energia elettrica. Quando la batteria viene ricaricata, il processo viene invertito: il perossido di litio si decompone, l'ossigeno viene nuovamente liberato e il litio viene ripristinato all'elettrodo negativo.
Il vantaggio potenziale deriva dal fatto che la batteria non deve trasportare al proprio interno tutti i materialinecessari alla reazione, perché uno dei reagenti, l'ossigeno, viene acquisito dall'esterno. Questo permette di ridurre teoricamente la massa dei componenti attivi necessari e di raggiungere valori di densità energetica specifica molto elevati. In altre parole, a parità di peso, una batteria di questo tipo potrebbe immagazzinare una quantità di energiadecisamente superiore rispetto a un accumulatore convenzionale. Naturalmente, il funzionamento reale è più complesso di quanto possa sembrare. L'ossigeno deve raggiungere l'elettrodo attraverso una struttura progettata per favorire le reazioni chimiche, senza che le sostanze indesiderate presenti nell'atmosfera compromettano il processo.
Le cifre associate alle batterie litio-aria sono tra gli aspetti che hanno attirato maggiormente l'attenzione. Le ricostruzioni relative alla tecnologia citano una densità energetica teorica di circa 3.505 Wh/kg, un valore decisamente superiore a quello delle batterie agli ioni di litio attualmente impiegate sulle auto elettriche. Si parla anche di un potenziale energetico fino a cinque volte superiore rispetto ad alcune tecnologie allo stato solido.
Da qui nasce l'ipotesi di poter arrivare a 2.000 km di autonomia con una sola ricarica. Si tratta, tuttavia, di una prospettiva teorica e non di un risultato ottenuto da CATL su una batteria completa o su un'automobile in prova. Il valore di 3.505 Wh/kg riguarda infatti il potenziale energetico della reazione elettrochimica, non un pacco batteriapronto per essere installato su un veicolo. Per comprendere la differenza bisogna considerare tutto ciò che serve per realizzare un accumulatore automobilistico. Oltre ai materiali attivi, occorrono elettroliti, elettrodi, separatori, strutture protettive, sistemi di controllo e dispositivi per la gestione termica. Nel caso delle batterie litio-aria si aggiunge anche l'intero apparato necessario per aspirare, filtrare e gestire l'aria.
C'è inoltre un altro aspetto da considerare: la densità energetica non è l'unico parametro che determina le prestazioni di una batteria. Per un'automobile servono anche un'adeguata potenza di erogazione, una buona efficienza durante la ricarica, una durata sufficiente e la capacità di mantenere prestazioni costanti in condizioni ambientali differenti. Avere una batteria capace di immagazzinare molta energia non significa automaticamente poterla utilizzare in modo efficiente e affidabile durante la guida.
L'interesse di CATL per questa tecnologia è stato evidenziato da Wu Kai, responsabile scientifico del gruppo cinese, che ha indicato le batterie litio-aria tra le direzioni di ricerca a lungo termine durante l'Equipment Powerhouse Forum 2026. Il principale problema riguarda la gestione dell'aria atmosferica. L'ossigeno, infatti, non arriva da solo: insieme a esso possono entrare nella cella anche umidità e anidride carbonica. Entrambe possono provocare reazioni indesiderate, danneggiando i componenti interni e compromettendo la stabilità dell'accumulatore. L'umidità, per esempio, può reagire con il litio metallico, mentre l'anidride carbonica può favorire la formazione di carbonato di litio, un composto che può ostacolare il funzionamento dell'elettrodo.
Per rendere utilizzabile questa tecnologia su un'automobile sarebbe quindi necessario sviluppare un sistema particolarmente efficiente per il trattamento dell'aria, capace di filtrare le sostanze indesiderate e controllarne il livello di umidità. Un apparato che inevitabilmente aggiungerebbe peso, ingombro e consumi energetici. Il rischio è che una parte del vantaggio ottenuto grazie all'elevata densità energetica teorica venga compensata proprio dai componenti necessari per far funzionare correttamente la batteria. Un'altra criticità riguarda la stabilità chimica nel tempo. Durante i cicli di carica e scarica, i prodotti delle reazioni possono accumularsi all'interno degli elettrodi porosi, ostacolando il passaggio dell'ossigeno e riducendo progressivamente la capacità dell'accumulatore. Anche la ricarica rappresenta una sfida: invertire la reazione chimica richiede energia e può generare sostanze reattive capaci di danneggiare l'elettrolita. A questo si aggiungono i problemi legati alla stabilità del litio metallico e alla necessità di garantire centinaia, se non migliaia, di cicli di funzionamento.
Negli ultimi anni diversi gruppi di ricerca hanno ottenuto risultati interessanti, dimostrando che alcuni dei problemistoricamente associati a questi accumulatori possono essere affrontati attraverso nuove soluzioni chimiche e progettuali. Un esempio arriva da uno studio pubblicato nel 2024 su Advanced Energy Materials, nel quale i ricercatori hanno sperimentato un particolare elettrolita polimerico gelificato in grado di migliorare la stabilità della batteria. La configurazione sviluppata ha raggiunto una densità energetica di 757,5 Wh/kg in una cella pouch e ha dimostrato di poter sostenere 241 cicli di carica e scarica in specifiche condizioni sperimentali.
Un altro filone di ricerca è stato sviluppato da studiosi dell'Illinois Institute of Technology e dell'Argonne National Laboratory. In uno studio pubblicato sulla rivista Science nel 2023, il gruppo ha presentato un'architettura di batteria litio-aria allo stato solido, basata su una reazione a quattro elettroni capace di produrre ossido di litio anziché il più comune perossido. Nei test sperimentali la soluzione ha raggiunto almeno 1.000 cicli di carica e scarica a temperatura ambiente. Anche in questo caso, però, il risultato rappresenta un progresso scientifico e non una tecnologia già pronta per le automobili. Nel frattempo, CATL continua a lavorare su soluzioni considerate più vicine alla produzione industriale. Tra queste figurano soprattutto le batterie agli ioni di sodio e quelle allo stato solido. Le prime potrebbero contribuire a diversificare le tecnologie disponibili, riducendo la dipendenza da alcune materie prime impiegate negli accumulatori tradizionali. Le seconde puntano invece a migliorare la densità energetica e la sicurezza attraverso l'utilizzo di elettroliti solidi al posto di quelli liquidi convenzionali.
Sono tecnologie differenti, ma rappresentano percorsi di sviluppo più vicini alla concreta applicazione commercialerispetto alle batterie litio-aria. Per queste ultime, la strada è ancora lunga e passa dalla risoluzione di problemi legati alla durata, alla gestione dell'ossigeno, all'efficienza energetica e alla possibilità di integrare l'intero sistema all'interno di un'automobile. La prospettiva di auto elettriche con 2.000 km di autonomia resta quindi affascinante, ma non costituisce una promessa industriale di CATL. Le batterie che respirano potrebbero effettivamente rappresentare una delle evoluzioni più interessanti del settore, ma trasformare il loro straordinario potenziale chimico in chilometri realmente percorribili richiederà ancora importanti passi avanti. Per il momento, la rivoluzione è soprattutto nei laboratori: il prossimo traguardo sarà dimostrare che questa tecnologia può diventare efficiente, sicura e soprattutto sostenibile anche nell'utilizzo quotidiano.
