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Jul 02, 2023

I brevetti depositati forniscono indizi sul futuro delle batterie per veicoli elettrici

We are in the preliminary stages of an historic transition from internal

Siamo nelle fasi preliminari di una transizione storica dai veicoli con motore a combustione interna (ICE) ai veicoli elettrici a batteria (BEV). La transizione sarà costosa e difficile sotto molti aspetti. L’innovazione dovrebbe facilitare questa transizione. Le domande di brevetto depositate di recente possono fornire indizi sulla direzione dell’innovazione dei BEV.

COMMENTO

La maggior parte delle domande di brevetto statunitensi vengono pubblicate dall'Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti (USPTO) subito dopo il deposito. Questo articolo si concentra solo sulle domande di brevetto USPTO, che riflettono anche l’innovazione BEV così come i brevetti depositati in altri uffici brevetti in tutto il mondo.

Un brevetto statunitense garantisce al suo titolare il diritto di impedire ad altri di produrre, utilizzare, vendere o importare prodotti coperti dal brevetto negli Stati Uniti. Un brevetto può essere fatto valere contro un prodotto concorrente indipendentemente dal fatto che il prodotto sia stato creato senza la conoscenza del brevetto. Un brevetto può essere estremamente prezioso e può essere sfruttato dal suo proprietario attraverso contenziosi, concessione di licenza a terzi o altri mezzi.

I BEV sono alimentati interamente da elettricità. Un gruppo propulsore BEV include tipicamente un inverter di trazione collegato elettricamente tra una batteria ricaricabile e un motore elettrico. La batteria fornisce alimentazione CC. Il motore elettrico necessita di alimentazione CA per funzionare. L'inverter di trazione converte la corrente continua della batteria in corrente alternata per il motore elettrico. L'inverter di trazione controlla anche la velocità e la coppia del motore elettrico.

Le batterie sono il componente più importante e costoso del gruppo propulsore del BEV. Le batterie sono caratterizzate da molti fattori tra cui costo, tempo di ricarica, densità di energia, densità di potenza, sicurezza e durata. Le batterie più piccole e leggere riducono il costo e il peso dei BEV. Tuttavia, le batterie più piccole non hanno la capacità necessaria per alleviare l’ansia del conducente.

Attualmente per i BEV si preferiscono le batterie agli ioni di litio. Nel 2022, numerosi comunicati stampa hanno annunciato l’intenzione di creare nuove fabbriche negli Stati Uniti per la produzione di batterie agli ioni di litio. Tali annunci sono aumentati subito dopo l’approvazione dell’Inflation Reduction Act degli Stati Uniti, che pone l’accento sulle batterie BEV di provenienza nazionale.

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da un elettrolita, un anodo e un catodo. L'elettrolita è il luogo in cui gli ioni vengono scambiati tra l'anodo e il catodo mentre la batteria viene caricata o scaricata. È possibile utilizzare diversi materiali per l'elettrolita e gli elettrodi (ad esempio, anodo e catodo), ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi. Questi includono:

Il database USPTO indica che sono state depositate un totale di 4.301 domande di brevetto statunitensi, relative a batterie agli ioni di litio. Alcune di queste domande di brevetto possono riguardare aspetti periferici delle batterie agli ioni di litio, inclusi metodi di riciclaggio, monitoraggio, ecc. Tuttavia, la maggior parte dei 4.301 brevetti riguardano la composizione, la struttura e i metodi di produzione delle batterie agli ioni di litio.

Quasi il 40% delle 4.301 domande di brevetto sono state depositate negli ultimi cinque anni, il che suggerisce che l’innovazione nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio continua a un ritmo rapido. Ciò suggerisce anche che le batterie agli ioni di litio svolgeranno un ruolo importante nei BEV nel prossimo futuro. Il grafico seguente mostra una ripartizione geografica per paese richiedente delle domande di brevetto relative alle batterie agli ioni di litio depositate negli Stati Uniti negli ultimi cinque anni. Sembra che il Giappone abbia assunto un ruolo di primo piano nello sviluppo delle batterie agli ioni di litio dal 2017.

Nonostante l’importanza della tecnologia delle batterie agli ioni di litio, l’USPTO sta assistendo a un aumento della velocità con cui vengono depositate domande di brevetto statunitensi dirette a tecnologie di batterie alternative, come le batterie allo stato solido. A differenza delle batterie agli ioni di litio, le batterie allo stato solido utilizzano elettroliti allo stato solido per trasferire gli ioni di litio tra l'anodo e il catodo. Gli elettroliti allo stato solido forniscono alle batterie una densità di energia più elevata, una durata di vita più lunga e una migliore sicurezza. Tuttavia, ci sono alcune preoccupazioni circa il prezzo e la complessità della produzione di batterie allo stato solido su larga scala.