Il ZSW annuncia il funzionamento a pieno regime del suo impianto pilota per i materiali di catodo.

Il Centro per la ricerca sull’energia solare e sull’idrogeno del Baden-Württemberg (ZSW) ha messo in funzione a Ulm un impianto pilota che permette di passare dai test in laboratorio a produzioni su larga scala di materiali per catodi di batterie, in condizioni reali e con quantitativi fino a 100 chilogrammi per lotto.

L’impianto pilota del ZSW a Ulm è ora pienamente operativo.

Il ZSW sottolinea che l’impianto pilota denominato “Powder-Up!” a Ulm rappresenta il primo impianto indipendente in Germania in grado di scalare i materiali per catodi di batterie dai test di laboratorio a queste dimensioni. È stato finanziato con fondi federali e dello stato del Baden-Württemberg ed è ora a disposizione dell’industria e dei ricercatori.

ZSW sottolinea inoltre che i materiali delle catodine “determinano in modo decisivo le prestazioni e la sicurezza delle batterie ad alta efficienza”. Tuttavia, trasferire i progressi della ricerca alla produzione industriale di queste celle rappresenta una grande sfida. È proprio a questo che dovrà contribuire la nuova linea pilota, la quale, secondo i responsabili, copre l’intera catena di processo, dalla sintesi all’analisi e al controllo della qualità. È inoltre integrata una gestione digitale dei processi e un’analisi altamente automatizzata, al fine di accelerare i cicli di sviluppo e fornire dati per applicazioni basate sull’IA.

“Chi vuole produrre celle a batteria in Germania e in Europa in modo competitivo ha bisogno di accedere ai migliori materiali”, commenta il Prof. Dr. Markus Hölzle, membro del consiglio di amministrazione del ZSW e responsabile del settore delle tecnologie energetiche elettrochimiche a Ulm. “Con Powder-Up! le aziende possono validare i propri concetti di materiali in modo adatto all’industria, sviluppare insieme nuovi metodi di sintesi o trarre vantaggio dalla piattaforma digitale per i dati. Il ZSW rappresenta quindi il punto di riferimento a livello nazionale per tutti coloro che desiderano sviluppare materiali migliorati per le batterie e prepararli per la produzione di massa.”

I materiali delle catodi costituiscono, come è noto, il polo positivo delle batterie. Tuttavia, secondo lo ZSW, soprattutto nelle batterie agli ioni di litio rappresentano la componente più costosa e quella che comporta maggiori rischi per l’ambiente. Essi contengono, oltre al litio, anche altri materiali critici come nichel o cobalto. Inoltre: “Poiché sono insostituibili all’interno della batteria, i materiali delle catodi vengono costantemente perfezionati. Per questo motivo, a Ulm si concentra l’attenzione sui materiali delle catodi NMC. […] Attraverso un adattamento mirato della percentuale di nichel, manganese e cobalto è possibile bilanciare contenuto energetico, durata di vita, stabilità e costi per diverse applicazioni”, si legge in una nota accompagnatoria.

Poco dopo l’avvio della linea pilota, secondo lo ZSW è stato possibile aumentare le dimensioni dei primi campioni di materiale, da pochi grammi a un range di 15 chilogrammi. Un passo importante in questo processo è il trattamento termico dei materiali a temperature comprese tra 600 e 1.000 gradi Celsius, con la necessità di mantenere la temperatura con estrema precisione. A tale scopo, nell’impianto sono disponibili forni speciali in grado di replicare con precisione i processi industriali.

In linea di principio, la linea pilota copre una superficie utile di circa 2.400 metri quadrati e riunisce più di 135 impianti e apparecchiature sotto lo stesso tetto. Questa dotazione consente sia lo sviluppo dei materiali che la scalazione dal formato di dieci grammi a quello di 100 chilogrammi. Apparecchiature appositamente progettate permettono inoltre lo sviluppo di cosiddette rotte di sintesi mediante il metodo ad alto throughput, che consente di testare molteplici varianti in parallelo e ottimizzarle rapidamente.

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La caratterizzazione dei materiali a Ulm avviene inoltre con metodi altamente avanzati come la microscopia elettronica a scansione (SEM), l’analisi per rimozione di campioni con fascio ionico focalizzato abbinata a microscopia elettronica a scansione per analisi ad alta risoluzione (FIB-SEM), l’analisi dei raggi X a dispersione di energia (EDX), la spettroscopia Raman, la microscopia a forza atomica (AFM), l’analisi di fluorescenza dei raggi X (RFA) e la diffrazione dei raggi X su polveri (XRD). Secondo i responsabili, tutti questi metodi consentono un’analisi dettagliata della struttura, della composizione e delle proprietà dei materiali. La prova elettrochimica viene effettuata su batterie a pila, anch’esse prodotte presso lo ZSW e validate nel centro di test batterie interno. Tutti i dati ottenuti dalla sintesi e dai test vengono successivamente registrati digitalmente e integrati immediatamente nello sviluppo ulteriore dei materiali. In questo modo si mira ad accelerare notevolmente i cicli di sviluppo e a ottenere risultati migliori.

È stato possibile ottimizzarlo appositamente.

L’impianto pilota è stato realizzato, come menzionato all’inizio, grazie ai fondi del Ministero federale per la ricerca, la tecnologia e l’aerospaziale (BMFTR) e dello stato del Baden-Württemberg. Lo stato ha finanziato l’edificio con circa 10 milioni di euro, mentre il governo federale ha sostenuto l’impiantistica e le infrastrutture necessarie con circa 24 milioni di euro. I lavori sono iniziati all’inizio del 2022. Dopo l’acquisto, la costruzione e l’installazione, l’impianto è stato aperto tre anni dopo, nel marzo 2025. Tuttavia, solo ora è in funzione a pieno regime. Anche nel 2024, electrive aveva già riportato notizie sull’impianto pilota.

Dorothee Bär, Ministra federale per la ricerca, la tecnologia e l’aerospaziale, si esprime così riguardo al pieno avvio del progetto: “Il mio obiettivo è che le tecnologie e i materiali per batterie non rimangano soltanto concetti nei laboratori. Devono invece trasformarsi in prodotti concreti – questo è l’obiettivo principale dell’Hightech Agenda Deutschland.” Con Powder-Up! il suo ministero, insieme al land del Baden-Württemberg, ha effettuato investimenti mirati per rendere più rapidamente commercialmente utilizzabili i nuovi materiali per le catodine delle batterie. “In questo modo acceleriamo intenzionalmente il passaggio dal laboratorio all’applicazione industriale – affinché la tecnologia delle batterie ‘Made in Germany’ diventi un marchio di qualità.”