Concetti innovativi per una produzione sostenibile ed economica di celle batteria

Concetto di un impianto pilota della Fraunhofer FFB in configurazione a U come macro-ambiente. © Fraunhofer FFB / Concetto di un impianto pilota della Fraunhofer FFB in configurazione a U come macro-ambiente L'impulso con cui la tecnologia di accumulo di energia sta evolvendo come uno degli approcci più promettenti per sostituire i combustibili fossili è enorme. Tuttavia, affinché le celle di batteria possano essere prodotte in modo più sostenibile ed economico a lungo termine, sono necessari ulteriori potenzialità di risparmio e strategie di efficienza nel processo di produzione, senza trascurare gli standard degli ambienti di produzione. Attualmente, fino al 50 percento delle emissioni di gas serra in Germania deriva dall'elettricità richiesta per la produzione di celle di batteria, di cui fino al 43 percento del fabbisogno energetico è attribuibile all'ambiente di produzione e al funzionamento di camere bianche e asciutte. Il whitepaper dei ricercatori di Münster descrive .© Fraunhofer FFB

Per la transizione verso una mobilità sostenibile, le celle batteria ad alte prestazioni sono una condizione fondamentale. È essenziale creare un'infrastruttura di produzione delle celle più efficiente dal punto di vista energetico e delle risorse. Ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la produzione di celle batteria FFB mostrano ora le possibilità di ridurre i costi energetici e operativi nella produzione di celle batteria attraverso l'uso di cosiddetti «Mini e Macro-Environment», creando così un alto potenziale per una produzione di batterie competitiva in Germania e in Europa. Le conoscenze sono riassunte nel nuovo Whitepaper «Concetti di impianto efficienti dal punto di vista energetico e orientati alla qualità per la produzione di celle batteria», disponibile da subito.

La dinamica con cui la tecnologia delle batterie sta evolvendo come uno degli approcci più promettenti per sostituire i combustibili fossili è enorme. Tuttavia, affinché le celle batteria possano essere prodotte in modo più sostenibile ed economico a lungo termine, nel processo di produzione sono necessari ulteriori potenzialità di risparmio e strategie di efficienza, senza compromettere gli standard degli ambienti di produzione. Attualmente, fino al 50% delle emissioni di gas serra in Germania derivano dal fabbisogno di energia per la produzione di celle batteria, di cui fino al 43% dell'energia richiesta riguarda l'ambiente di produzione e il funzionamento delle camere bianche e di asciugatura. Il Whitepaper dei ricercatori di Münster descrive come, grazie a diversi concetti innovativi di environment, in futuro si possa ottenere un risparmio economico e ambientale nella produzione di celle batteria, mostrando anche l'implementazione pratica del concetto presso il Fraunhofer FFB.

Sfide nella produzione di celle batteria

Nel loro campo di applicazione, le batterie agli ioni di litio (LIB) sono considerate la variante più avanzata: sistemi di accumulo energetico stazionari, elettronica di consumo, ma soprattutto l'elettrificazione della mobilità rappresentano la maggior parte della domanda complessiva prevista. Sono il motore della crescente domanda annuale di LIB nel settore dei gigawattora. Le crescenti esigenze di sostenibilità e prestazioni delle batterie, come ad esempio una maggiore densità energetica per aumentare l'autonomia dei veicoli elettrici, richiedono anche materiali di celle innovativi. Con l'obiettivo di garantire una produzione senza problemi, di alta qualità e sicura delle celle, queste richiedono requisiti rigorosi di pulizia e asciuttezza.

Camere bianche e di asciugatura, ovvero ambienti ermetici, soddisfano questi requisiti. Dispongono di un clima interno asciutto e di conseguenza di un'umidità dell'aria molto bassa, con un punto di rugiada di -60°C — il valore di temperatura oltre il quale inizia la condensa dell'umidità dell'aria. Tuttavia, per rendere l'aria più secca del deserto, sono necessari enormi sforzi energetici per il trattamento dell'aria molto secca.

Potenziale dei nuovi concetti di environment nella produzione di celle batteria

Per l'ambiente di produzione, il Fraunhofer FFB sviluppa, realizza e ricerca concetti di involucro prossimi al processo e alle macchine, che in futuro dovrebbero sostituire le ambienti di produzione ermetici e ad alta intensità energetica, offrendo alternative molto più economiche e sostenibili.

– »Mini-Environment sono unità di produzione e trasporto limitate e separate, che incapsulano il processo a valore aggiunto e il prodotto. L'uso di »Mini-Environment« è finora limitato a livello di laboratorio o di pilotaggio.
– »Macro-Environment collegano e combinano aree di produzione limitate e separate, che possono includere l'operatività, la logistica e le unità di macchina e produzione.«

A questo proposito, Marius Heller, ricercatore del gruppo di ricerca »Assemblaggio e Formazione« presso il Fraunhofer FFB, afferma: »Con l'uso di »Mini-Environment« nella produzione di celle batteria, è possibile migliorare parametri decisivi. Questi includono costi operativi ed energetici significativamente inferiori e la protezione dei lavoratori da potenziali sostanze pericolose. Per l'industria, in futuro, il passaggio a concetti di ambienti può rappresentare una svolta verso una produzione di celle ecologica ed economica in Europa.«

Implementazione e sperimentazione nelle linee di produzione del Fraunhofer FFB

I produttori di impianti saranno chiamati in futuro a progettare tecnologie di impianto efficaci ed efficienti. Il Fraunhofer FFB, nelle sue fabbriche flessibili e adattabili, »FFB PreFab« e »FFB Fab«, stabilirà un confronto di riferimento per tecnologie di impianto orientate alla qualità e all'efficienza energetica rispetto allo stato attuale dell'arte, contribuendo così in modo sostanziale al trasferimento di soluzioni avanzate nell'industria delle batterie. A tal fine, saranno utilizzati tra gli altri gli ambienti di produzione e di asciugatura circostanti per sperimentare e quantificare le tecnologie di processo e di produzione. Contemporaneamente, si procederà gradualmente alla sperimentazione dei concetti di environment.

Hasibe Turhan, ricercatrice del gruppo di ricerca »Assemblaggio e Formazione« presso il Fraunhofer FFB, afferma: »Prevediamo uno sviluppo simile a quello che ha attraversato la produzione di semiconduttori già 30 anni fa: grazie all'incapsulamento vicino al processo, è possibile realizzare flussi d'aria mirati e raggiungere un'alta qualità del prodotto. In generale, l'intero processo di ambiente di produzione sarà ottimizzato.«

Sulla base di osservazioni di mercato e colloqui con l'industria, il Fraunhofer FFB prevede che il successo dei »Mini-Environment« passerà dalla scala di pilotaggio a quella di serie a partire dal 2027.

Il Whitepaper »Concetti di impianto efficienti dal punto di vista energetico e orientati alla qualità per la produzione di celle batteria« è disponibile da subito per il download gratuito.