Fraunhofer ISE ottimizza le celle batteriche: più energia con lo stesso peso
Immagine: Fraunhofer ISE
In collaborazione con partner del settore ricerca e industria, l’Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ISE ha modificato la struttura delle elettrodi nelle batterie in modo che queste possano immagazzinare dal 10 al 15 percento in più di energia mantenendo lo stesso peso. Ci sono riusciti aumentando di oltre il triplo lo spessore dello strato di rivestimento delle elettrodi batteriche – ad esempio quelle a ioni di litio – riducendo al contempo il numero dei conduttori elettrici all’interno della cella batterica.
Secondo un comunicato, il team di ricerca ha implementato la nuova architettura delle elettrodi in celle a ioni di litio di tipo pouch prodotte su scala industriale. Inoltre hanno trasferito con successo questo concetto anche alle celle a ioni di zinco e a ioni di sodio.
“Di solito l’anodo e la catodo – le due elettrodi di una cella batteria – sono costituiti da moltissimi strati sottili alternati di rivestimento elettrico e conduttori”, spiega Oliver Fitz, responsabile del gruppo per la tecnologia delle celle batteria presso il Fraunhofer ISE. “Siamo riusciti ad aumentare lo spessore del rivestimento elettrico dai soliti 100-200 micrometri fino a 800 micrometri, riducendo così notevolmente il numero di conduttori necessari. Di conseguenza abbiamo molto più spazio per il materiale attivo, e l’densità energetica aumenta del 10-15 percento a seconda del tipo e della progettazione della batteria.”
Il team di ricerca presso il Fraunhofer ISE ha inizialmente validato la nuova architettura delle elettrodi per batterie a ioni di zinco, sodio e litio tramite esperimenti su piccole celle batteriche in laboratorio. Per le batterie a ioni di litio hanno inoltre realizzato prototipi di celle di tipo pouch utilizzando questa nuova struttura delle elettrodi, su una linea di produzione semiautomatica situata nell’ambiente asettico del Fraunhofer ISE Battery Materials and Cell Production Lab. “Il concetto di cella può essere facilmente adattato anche ad altre chimie cellulari”, aggiunge Oliver Fitz.
Gli elettrodi delle batterie sono privi di PFAS e nella loro produzione non vengono utilizzati solventi tossici. Nello sviluppo della nuova architettura delle celle è stata presa in considerazione anche una futura produzione in serie: secondo i ricercatori, una potenziale linea di produzione degli elettrodi presenta una complessità dei processi notevolmente inferiore rispetto a un impianto di rivestimento umido secondo lo stato attuale della tecnologia. Ciò fa sì che i costi di investimento siano notevolmente più bassi. Anche i costi operativi diminuiscono grazie alla ridotta necessità di spazio ed energia. Lo scopo è quello di permettere a queste tecnologie, in particolare alle piccole e medie imprese, di creare in Germania una propria produzione di celle batteriche.
“In un sistema energetico climaticamente neutro, caratterizzato da fonti di energia fluttuanti come solare e eolico, gli accumulatori batterici fissi sono un elemento fondamentale per far fronte ai picchi di consumo mattutini e serali”, afferma Andreas Bett, direttore dell’istituto Fraunhofer ISE. “Ad esempio in California, già di sera gli accumulatori batterici forniscono gran parte dell’energia elettrica. La Germania farebbe bene ad ampliare le capacità di produzione per soddisfare la crescente domanda di batterie e così creare valore nel paese. Se possiamo contribuire a ciò, ne siamo molto felici.”
La nuova struttura delle elettrodi, ovvero della cella, è stata sviluppata dal team di ricerca nei progetti “VORAN – Innovativi accumulatori a ioni di sodio per applicazioni fisse e mobili” (in corso fino a giugno 2027), “INFAB – Batterie a ioni di zinco per la conservazione energetica su larga scala – Produzione e assemblaggio” (completato) nonché “WinZIB2 – Sistema innovativo di batterie a ioni di zinco utilizzabile in tutto il mondo” (completato), in collaborazione con i partner acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, Università di Stoccarda – Istituto per la fotovoltaica (ipv) e il Karlsruher Institut für Technologie/Helmholtz-Institut Ulm. Il Ministero federale per l’economia e l’energia BMWE ha finanziato la ricerca nei progetti VORAN e InFAB, mentre il Ministero federale per l’istruzione e la ricerca BMBF ha sostenuto il progetto WinZIB2.
Anche interessante
Sull’autore
Thomas Langenbucher è un esperto di mobilità elettrica con esperienze professionali nell’industria automobilistica e nel settore finanziario. Dal 2011 scrive su ecomento.de di auto elettriche, tecnologie sostenibili e soluzioni per la mobilità. Scopri di più.
Interazioni dei lettori