Gli scienziati tedeschi segnalano progressi nelle batterie al silicio. Hanno superato il migliaio di cicli.

Lo silicio promette alle batterie più energia, ma il problema è la durata. Gli scienziati tedeschi hanno ora testato delle celle che sono riuscite a superare più di mille cicli completi.

Lo silicio ha superato il test di durata

I ricercatori del Fraunhofer ISE tedesco hanno testato delle celle a ioni di litio con anodo arricchito di silicio. Dopo più di 1.000 cicli completi, durante le misurazioni di controllo hanno mantenuto oltre l’83% della capacità iniziale. Il risultato proviene dal progetto StrOboBatt.

Proprio la durata rappresenta uno degli ostacoli principali per un utilizzo più diffuso di anodi ad alto contenuto di silicio. L’istituto considera il superamento dei mille cicli mantenendo almeno l’80% della capacità come un importante obiettivo prestazionale verso cui è orientato lo sviluppo di queste celle.

I cellule testate hanno una capacità di 25 Ah, quaranta strati e un involucro morbido di tipo pouch. Sono state prodotte su una linea semiautomatica presso il centro di ricerca dell’istituto. Si tratta quindi di cellule multistrato in un formato utilizzato industrialmente, e non soltanto del materiale stesso.

L’densità energetica ha ancora spazio per crescere

La cellula di ricerca ha raggiunto una densità energetica di 280 Wh/kg. Nella versione ottimizzata per l’industria, gli scienziati prevedono un valore di circa 330 Wh/kg. Il secondo valore rappresenta per ora una stima del potenziale della struttura, non il risultato effettivamente misurato in questo test.

L’anodo combina silicio, carbonio e grafite. Il composto di silicio-carbonio costituisce il 51% del suo materiale attivo, il che non equivale al 51% di silicio puro. Dall’altra parte della cellula opera una catodo NMC ad alto contenuto di nichel.

Una maggiore densità energetica può aiutare a immagazzinare più energia con la stessa massa delle celle. Nei veicoli elettrici ciò potrebbe contribuire a un raggio d’azione più lungo. Tuttavia, il beneficio concreto dipende anche dalla struttura dell’intera batteria, dal suo raffreddamento e dal peso.

Un ruolo importante è svolto dalla pressione

Una componente fondamentale del test è stata la pressione meccanica esterna. A un valore di 1.000 kPa, ovvero circa 10 bar, le celle hanno superato il limite di durata indicato. A una pressione inferiore di 300 kPa, ovvero 3 bar, la capacità utilizzabile diminuiva molto più rapidamente.

La pressione aiuta a mantenere il contatto tra i materiali delle elettrodi e limita la loro separazione dal substrato. Pertanto, per futuri utilizzi non sarà decisivo soltanto la composizione chimica. Un ruolo importante è svolto anche dalla struttura meccanica e dal fissaggio delle celle.

Gli scienziati hanno inoltre osservato una differenza crescente tra la capacità durante lo scaricamento di controllo lento e il funzionamento a 1C. Pertanto, l’83% di conservazione da solo non descrive appieno il comportamento sotto carichi più elevati. Il risultato è promettente, ma l’istituto non indica una data per il lancio commerciale.

Fonti:

testo originale / Mobilizujeme.cz

Fraunhofer ISE

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