La cella al silicio ha superato 1000 cicli conservando l’83% della sua capacità. Tuttavia, solo a una pressione di 10 bar.

Fraunhofer ISE, nel progetto StrOboBatt, ha testato una cella pouch da 25 Ah realizzata in casa con un’anodo arricchito di silicio. Dopo oltre 1000 cicli completi, ha mantenuto più dell’83% della sua capacità, superando così la soglia del 80% considerata minima per applicazioni commerciali. Se questo risultato potrà essere trasferito alle batterie di serie, un’auto con lo stesso numero di celle potrà percorrere distanze maggiori.

Il silicio offre grandi vantaggi, ma si dilata notevolmente

Il silicio presente nell’anodo permette di ottenere una densità energetica più elevata rispetto al grafite. Il problema è che, durante la carica, assorbe gli ioni di litio e aumenta il suo volume fino al 300%, per poi contrarsi nuovamente durante la scarica. Il grafite, invece, funziona entro un range del 10-12%. Questo movimento interrompe il contatto elettrico nell’elettrodo e accelera la decomposizione dell’elettrolita, per cui le cellule al silicio di solito invecchiano troppo rapidamente.

I tedeschi hanno utilizzato un composto di silicio e carbonio che costituisce il 51% del materiale attivo dell’anodo. Lo hanno combinato con una catodo ricca di nichel e l’intero sistema è stato realizzato su una linea pilota industriale.

Pressione e potenza di carica influenzano i risultati

La pressione meccanica si è rivelata determinante. Con una pressione assiale di 1000 kPa (circa 10 bar) durante la carica e lo scarico, il contatto nell’elettrodo è rimasto stabile. A 300 kPa (circa 3 bar), la capacità utile diminuiva notevolmente più rapidamente. Dai materiali disponibili non emerge come garantire tale pressione all’interno di un pacchetto per auto, né qual è il costo in termini di peso e struttura.

Un altro conclusione dei test in condizioni dinamiche simili a quelle di guida: ad alta potenza, la capacità diminuisce più velocemente rispetto ai cicli di laboratorio meno intensi. I sistemi di gestione della batteria nelle auto future dovranno tenere conto di questo aspetto.

280 Wh/kg misurati, 330 Wh/kg previsti

I cellule testate hanno raggiunto i 280 Wh/kg. Il valore di 330 Wh/kg è una stima del Fraunhofer ISE per una produzione di massa ottimizzata, e non un risultato di misurazione. Secondo l’istituto, questo rappresenterebbe un aumento del 20-35% rispetto alle attuali cellule NMC e NCA, nonché quasi il doppio rispetto a quelle LFP.

L’istituto converte questi valori in termini di auto: con la stessa massa della batteria, l’auto potrebbe disporre di quasi 100 kWh invece dei circa 75 kWh attuali, e l’autonomia reale di un modello di dimensioni medie aumenterebbe da circa 450 km a oltre 600 km. Si tratta di un calcolo basato sulla densità energetica, non di un test su un’auto reale.

C’è anche l’aspetto legato alle materie prime. Oggi il grafite arriva in Europa principalmente dall’estero, mentre lo silicio può essere ottenuto e prodotto sinteticamente nella regione. Secondo l’istituto, ciò permetterebbe di trasferire parte del valore aggiunto in Europa.

Per ora si tratta di un singolo cella da 25 Ah, e non di un pacchetto per auto. Nei materiali non è indicata una data di lancio, il costo della cella né informazioni sul partner industriale. La risposta riguardo alla possibilità di conciliare una pressione di 10 bar con la struttura della batteria nell’auto è ancora da determinare.

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