La battaglia sulle batterie deciderà il futuro delle auto elettriche

La guerra per i brevetti hi-tech ha aperto un nuovo fronte, trascinando due delle più grandi aziende del mondo in una battaglia legale miliardaria sulle batterie agli ioni di litio. Al centro della vicenda c’è la composizione chimica delle batterie, che secondo molti esperti potrebbe permettere un’ampia diffusione delle automobili elettriche.

Le contendenti sono la tedesca Basf, prima azienda chimica del mondo, e la belga Umicore, una delle maggiori produttrici mondiali di batterie. Il 20 febbraio 2015 la Basf ha citato in giudizio la Umicore davanti a una corte federale del Delaware, accusandola di aver venduto un componente chiave per cui la Basf ha una licenza esclusiva e di aver minacciato di fare causa alle aziende che avessero fatto affari con i tedeschi. La Basf ha chiesto un risarcimento miliardario.

Insieme ai due giganti europei, la causa apre un contenzioso anche tra i due innovatori delle batterie agli ioni di litio, ognuno con il proprio brevetto per la tecnologia al centro della disputa: il gigante industriale 3M Corp e l’Argonne National Laboratory, un laboratorio del governo statunitense che ha presentato la denuncia insieme alla Basf.

Se non sarà risolto prima del processo, il caso costringerà i giudici a districarsi nelle sottigliezze della struttura atomica degli elettrodi. Nello specifico, i giudici dovranno esaminare versioni contrastanti di cosa succede su nanoscala quando carichiamo o scarichiamo una batteria a base di nmc, un elettrodo positivo (o catodo, il sistema nervoso di una batteria) che contiene nichel, manganese e cobalto.

Per sostenere la loro causa, gli avvocati della Basf e dell’Argonne probabilmente parleranno della battaglia sotterranea tra i produttori di automobili per lanciare le auto elettriche di nuova generazione tra il 2017 e il 2020. Tra loro ci sono la Tesla, la Gm, la Bmw, ma potrebbero figurare anche la Apple e la Virgin. Gli avvocati sosterranno che la Umicore ha tagliato fuori la Basf dalla competizione.

“La Basf ha perso miliardi di dollari di introiti potenziali dalla vendita di materiali nmc a causa delle calunnie della Umicore riportate ai grandi acquirenti del mercato dei materiali nmc”, sostengono nella denuncia la Basf e l’Argonne. “Inoltre la Basf ha perso la possibilità di competere come fornitrice nelle piattaforme di veicoli elettrici che dovrebbero essere lanciati nel 2016 e 2017”.

Negli ultimi anni le grandi battaglie legali per i brevetti hanno animato il mercato di tablet e smartphone mettendo la Apple contro la Samsung, la Nokia, la Microsoft e tutti gli altri produttori. Contenziosi simili hanno caratterizzato anche il mercato dei videogiochi. Il numero di denunce è crollato l’anno scorso, probabilmente a causa di una sentenza della corte suprema degli Stati Uniti che ha reso più difficile vincere i processi, anche se i casi più complessi continuano a essere presi in esame.

Con la loro denuncia, la Basf e l’Argonne sottolineano la posta in gioco sempre più alta per quanto riguarda le batterie. Anche se il progresso tecnologico nel settore è stato abbastanza graduale (rallentando il previsto boom delle auto elettriche), l’industria delle batterie agli ioni di litio ha raggiunto un giro d’affari di 18 miliardi di dollari all’anno secondo la Navigant (un’azienda per la ricerca sull’energia pulita).

Questo soprattutto grazie alla popolarità di smartphone e tablet, ma anche all’aumento delle vendite di auto come la Tesla S, la Gm Volt e la Nissan Leaf che funzionano con batterie agli ioni di litio. Secondo la Navigant, questa crescita vertiginosa dovrebbe portare il mercato di questa batteria a 38 miliardi di dollari nel 2020.

Nella sua azione legale, la Basf accusa la Umicore e uno dei suoi clienti, l’azienda giapponese Makita Corp, e cita test di laboratorio secondo cui gli strumenti prodotti dalla Makita contengono nmc inventati dall’Argonne e ottenuti, secondo l’accusa, dalla Umicore. I querelanti sostengono che né la Umicore né la Makita hanno la licenza per usare l’nmc dell’Argonne.

In un comunicato inviato via email a Quartz, la Umicore respinge le accuse della Basf e dice che si difenderà in tribunale. La Makita non ha risposto a un messaggio telefonico lasciato nei suoi uffici di La Miranda, in California. La 3M si è rifiutata di commentare. L’avvocato della Basf, Brian Farnan, non ha risposto alle nostre email. La Argonne ha fatto sapere di non poter rilasciare ulteriori commenti oltre alle dichiarazioni contenute nel procedimento.

Argonne è stata la prima, 3M la più aggressiva

I brevetti in questione risalgono a quindici anni fa. Il primo è stato depositato nel giugno del 2000 da Michael Thackeray, un ricercatore sudafricano che lavora per l’Argonne. Dieci mesi dopo, la 3M ha depositato un brevetto concorrente per conto di Jeff Dahn, ricercatore della Dalhousie university di Halifax, in Canada.

Il brevetto di Thackeray è valido solo per gli Stati Uniti, perché quando fu depositato né il ricercatore né i legali dell’Argonne si aspettavano che l’nmc sarebbe diventato così importante e quindi decisero di risparmiare evitando l’estensione internazionale del brevetto. La 3M fece un calcolo diverso e ottenne i brevetti per gli Stati Uniti e per i mercati manifatturieri più importanti del mondo: Cina, Giappone e Corea del Sud.

Nel corso degli anni la 3M ha difeso in modo aggressivo i suoi brevetti all’estero, minacciando e depositando denunce per qualsiasi presunta infrazione contro la Sony, la Matsushita e la Sanyo, ottenendo un patteggiamento favorevole in ogni occasione. I dettagli degli accordi sono riservati, ma l’esito sembra confermare le rivendicazioni della 3M.

A quanto pare la 3M non ha depositato denunce simili negli Stati Uniti. Ora l’Argonne e la Basf sono passate all’offensiva.

Un verdetto contro la Basf e la Argonne potrebbe avere importanti implicazioni esterne alla vicenda Umicore-Makita. Uno dei principali acquirenti di nmc, per esempio, è la General Motors, che lo usa nella produzione della Chevy Volt.

L’Argonne ha dichiarato pubblicamente che la batteria della Volt contiene la sua versione dell’nmc, una tesi smentita da Dahn. Se la Basf e l’Argonne perderanno la causa contro la Umicore, la battaglia legale potrebbe spostarsi sulla paternità del catodo presente sulla Volt.

La General Motors si è consultata con la Lg Chem, che produce il catodo della Volt. L’nmc della Lg è prodotto sotto la licenza dell’Argonne.

Come funzionano le batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio producono una quantità maggiore di energia a un costo inferiore. Lo standard attuale – una formula vecchia di 35 anni in cui il catodo è fatto di litio ossido di cobalto – accumula una grande quantità di energia, ma è costoso e più instabile di tutti i rivali commerciali.

Pur avendo i suoi critici, secondo molti esperti l’nmc può superare il litio ossido di cobalto e allo stesso tempo ottenere buoni risultati negli altri parametri di energia e costo. Tra i motivi di questa previsione c’è il fatto che il catodo contiene meno cobalto (un elemento molto costoso) ed è meno instabile e di conseguenza più sicuro da usare nelle auto elettriche.

Nel corso degli anni Thackeray e Dahn hanno discusso animatamente sulla precisa struttura atomica dell’nmc: è un’amalgama di metalli (“soluzione solida”) come sostiene Dahn o un composto più strutturato con una precisa architettura chimica come rivendica Thackeray?

Finora è sembrata una disputa accademica, oscura e trascurabile, ma a questo punto la decisione di un giudice potrebbe essere determinante nel caso Basf/Umicore.

Nel suo brevetto innovativo, Thackeray presentava una tesi centrale secondo cui aumentando la quantità di litio nell’nmc (circa il 10 per cento in più nel catodo) si ottiene un aumento sensibile della capacità. Per capire il significato di questa teoria e individuare il nocciolo della disputa legale, è importante capire come funzionano le batterie agli ioni di litio e, nello specifico, il modo in cui il catodo di Thackeray ottiene questo aumento delle prestazioni.

Tutte le batterie agli ioni di litio hanno tre componenti fondamentali: due elettrodi e un facilitatore chiamato elettrolito. Quando collegate lo smartphone alla corrente, il litio conservato nel catodo comincia a spostarsi verso l’altro elettrodo, chiamato anodo. Quando scollegate l’apparecchio completamente carico, il litio comincia a tornare indietro verso il catodo.

Uno degli obiettivi della scienza delle batterie è quello di muovere la quantità maggiore possibile di litio per creare più energia. In ogni caso è impossibile spostare tutto il litio, perché un catodo vuoto collasserebbe su se stesso. Un principio generale valido per il catodo delle batterie standard all’ossido di cobalto è che si può mettere in movimento la metà del litio.

Thackeray sostiene che la sua formula smentisce questa regola. La sua batteria parte da due composti, l’nmc e un composto chimico chiamat0 Li2MmO3. Visivamente entrambi somigliano a una casa vuota in cui il pavimento e il tetto sono fatti di atomi di ossigeno mentre le pareti sono fatte di cobalto, nichel e manganese. Dato che il reticolo dell’nmc e quello del Li2MmO3 sono molto simili, si possono facilmente integrare su nanoscala.

Thackeray ha semplicemente spostato il Li2MmO3 nell’nmc, e a quel punto sono successe due cose: il manganese e il litio hanno sostenuto l’nmc rafforzandolo mentre l’aumento di litio ha accresciuto la capacità della batteria.

Il primo fenomeno (il rafforzamento) è la causa del secondo (l’aumento della capacità), perché grazie al doppio reticolo è possibile muovere il 60 o addirittura il 70 per cento del litio senza provocare il collasso del catodo.

È qui che emergono le differenze tra i catodi rivali. Thackeray ha chiamato la sua invenzione catodo “stratificato” o “composto”, spiegando che gli atomi dei vari metalli sono concentrati in grumi in tutto l’elettrodo.

Dahn ha chiamato la sua versione “soluzione solida”, precisando che in essa sono presenti gli stessi metalli, ma disposti in modo meno uniforme.

Ma qual è la vera differenza? Al tribunale l’ardua sentenza.

(Questo articolo è uscito su Quartz. Traduzione di Andrea Sparacino)