State of the art of energy storage systems for electric vehicles

The objective of this work is to deeply analyze the state of the art of the energy storage systems (ESS) used to equip electric vehicles (EVs), whose market is expected to grow exponentially until 2030. Actually lithium-ion battery (LIB) is the most suitable ESS for this application, but it displays several technical challenges which may hamper the diffusion of EVs. A first aim of this review is to describe which these challenges are and how they are currently addressed. Secondly, the dissertation focuses on the emerging alternative ESS – the Next-generation batteries (NGB) – which might substitute the LIB in the mobility sector. A cluster of most studied NGBs is analyzed, highlighting their advantages and drawbacks, comparing them with LIB’s features. The second half of the work focuses on the supply chain disruption risks which could arise for some raw materials requested by LIB’s component, especially lithium and cobalt. A screening of their supply network is carried out in order to provide a quantitative assessment of this risk. No supply concerns could hamper the diffusion of NGBs, since they are usually developed starting from abundant and available raw materials. Finally, the review describes how circular economy principles, namely reuse, recycling and safe disposal, are actually addressed by the LIB industry, and how their systemic implementation could mitigate the mentioned supply chain risks.

L’obiettivo di questo elaborato è di analizzare approfonditamente lo stato dell’arte dei sistemi di accumulo energetico (ESS) impiegati per i veicoli elettrici (EV), il cui mercato si prevede cresca in maniera esponenziale entro il 2030. Ad oggi la batteria agli ioni di litio (LIB) è il dispositivo di stoccaggio energetico più appropriato per questo tipo di applicazione, ma presenta diverse problematiche tecnologiche che possono ostacolare la diffusione dei veicoli elettrici. Un primo obiettivo di questa revisione di letteratura è descrivere queste problematiche, analizzando come siano attualmente affrontate. L’elaborato si focalizza inoltre sulle batterie alternative emergenti – le “batterie di nuova generazione” (NGB) – che potranno sostituire la batteria agli ioni di litio nel settore automobilistico. Viene analizzato un gruppo di batterie di nuova generazione tra le più studiate, evidenziandone vantaggi e svantaggi a confronto con la batteria al litio. La seconda metà dell’elaborato descrive invece i rischi di interruzione della filiera logistica che potrebbero nascere per alcune delle materie prime che costituiscono i componenti della batteria al litio, quali litio e cobalto. Per fornire una valutazione quantitativa di questo rischio, è stata realizzata una mappatura delle reti logistiche di questi materiali. Dal momento che le batterie di nuova generazione vengono solitamente sviluppate a partire da materiali presentis e disponibili nella crosta terrestre, la loro diffusione non è ostacolata da questa tipologia di problemi. Infine, la revisione di letteratura descrive come attualmente l’industria delle batterie al litio metta in pratica principi di economia circolare, come riutilizzo, riciclo e dismissione in sicurezza, enfatizzando come una loro sistematica implementazione possa mitigare i rischi di interruzione della filiera logistica.