Le batterie sono i motori dell'elettromobilit�

La batteria è la componente chiave nella produzione di un'auto elettrica. Essa, come fornitore di energia, è il componente che determina sia l'autonomia che i costi di un'auto elettrica. Le auto elettriche attuali si basano sulla tecnologia agli ioni di litio — secondo gli esperti, anche in futuro non sostituibile a breve termine. Dal 60 all'80 percento del valore aggiunto del sistema di batteria è determinato dalle celle della batteria. La durata, la sicurezza, i costi e le prestazioni delle batterie agli ioni di litio sono quindi al centro della ricerca sull'e-mobilità.

Il TU di Berlino è partner della rete di competenza nazionale sulle batterie agli ioni di litio (KLIB, http://www.klib-org.de/home/), e diversi dipartimenti si occupano intensamente di vari aspetti della batteria. Il dipartimento di Tecnica di manipolazione e assemblaggio fa parte del grande cluster di competenza finanziato dal BMBF per la produzione di celle di batteria "ProZell" (https://www.prozell-cluster.de/). La cerimonia di apertura della seconda fase di finanziamento di questa rete di ricerca si è tenuta il 13/14 novembre 2019 presso il TU di Berlino. Nel cluster sono coinvolti 26 istituti di ricerca e università in tutta la Germania, distribuiti su 14 sedi. Oltre 100 ricercatori lavorano su dodici progetti finanziati sul tema della produzione di celle di batteria. L'obiettivo del cluster, nell'ambito del concetto quadro del BMBF "Fabbrica di Ricerca Batteria", è migliorare le fasi del processo di produzione delle celle di batteria in termini di prestazioni delle celle, costi e impatto ambientale, nonché digitalizzazione e riciclo per una chiusura intelligente dei cicli di valore e materiali.

Processi di produzione più veloci

"Nel progetto TU di Berlino 'HoLiB – Verfahren ad alta produttività nella fabbricazione di batterie agli ioni di litio' sviluppiamo un nuovo metodo ad alta velocità. Vengono studiati molteplici effetti interconnessi per comprendere le correlazioni e ottimizzare i limiti del processo", spiega il responsabile del dipartimento Prof. Dr. Franz Dietrich, sottolineando il potenziale di processi di produzione più rapidi e meno costosi per la penetrazione economica e sociale di batterie ad alte prestazioni nel mercato mondiale.

Durata delle batterie in fase di test

La Prof.ssa Julia Kowal si occupa della modellazione elettrica, termica e di durata delle batterie, nonché della loro caratterizzazione in termini di prestazioni, comportamento termico e invecchiamento. "In futuro saranno necessarie batterie sempre più leggere e compatte, con maggiore capacità, durata più lunga e prezzo inferiore. La caratterizzazione di una cella di batteria, riguardo ai limiti di tensione, corrente e temperatura, così come la progettazione del sistema, la modellazione, la simulazione, la diagnostica e il monitoraggio delle celle sono fondamentali per aumentare l'autonomia e la durata dei veicoli elettrici", afferma Julia Kowal, responsabile del dipartimento di Tecnologie di accumulo di energia elettrica presso il TU di Berlino. Nel progetto di cooperazione SiCWell con Daimler AG, Solfas GmbH e altri due dipartimenti del TU di Berlino, la ricercatrice studia, ad esempio, l'influenza di commutazioni ad alta frequenza, generate da inverter, sulla durata delle batterie. "Gli inverter sono circuiti costituiti da switch a semiconduttore, commutati ad alta frequenza. Con il passaggio ai semiconduttori in carburo di silicio (SiC), i circuiti diventano più compatti ed efficienti, ma a frequenze di commutazione più elevate. L'influenza sulla durata delle batterie è ancora incerta, e questa è esattamente la nostra area di indagine in questo progetto."

Rilevare difetti negli elettrodi

Il dipartimento di Materiali Ceramici, diretto dal Prof. Dr. Aleksander Gurlo, si occupa di tecniche e processi di sintesi degli elettrodi. Vengono applicate tecniche speciali come il Tape Casting e il Freeze Casting. Le competenze specifiche del suo dipartimento riguardano la preparazione e l'essiccazione dei materiali delle batterie, nonché l'essiccazione sottovuoto dei materiali degli elettrodi. "In un progetto di ricerca attuale, lavoriamo allo sviluppo di una tecnica analitica speciale per caratterizzare i difetti negli elettrodi delle batterie agli ioni di litio", spiega Aleksander Gurlo. Il suo team ricerca anche nuovi materiali per gli elettrodi. "Ad esempio, il disolfuro di tungsteno nanostrutturato è considerato un materiale promettente per il futuro, dopo le batterie agli ioni di litio. Rispetto ad altri materiali convenzionali, mostra un'elevata stabilità elettrochimica", afferma il scienziato dei materiali.

Piattforma per la panoramica delle risorse

La Prof.ssa Vera Rotter, docente di Economia Circolare e Tecnologie di Riciclo presso il TU di Berlino, affronta il tema della mobilità elettrica da un altro punto di vista: in collaborazione con il progetto Horizon 2020 ProSUM, è nata la piattaforma Urban mine: "Su questa piattaforma online interattiva e accessibile al pubblico sono inventariate tutte le risorse chiave utilizzate in Europa, ad esempio in batterie per auto, telefoni cellulari o altri prodotti. Si tratta di circa 450 milioni di tonnellate di materiali. Questa panoramica permette a produttori, aziende di riciclo, associazioni e politici di riconoscere quali risorse sono attualmente o saranno in futuro disponibili in Europa. In questo modo, le aziende di riciclo possono pianificare meglio i flussi di rifiuti futuri e gli imprenditori sanno dove acquistare determinati materiali riciclati in Europa, evitando la produzione primaria dannosa per l'ambiente", spiega la professoressa.

Per ulteriori informazioni, contattare con piacere:

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich
TU Berlino
Dipartimento di Tecnica di manipolazione e assemblaggio
Tel.: 030/314-22014
E-mail: f.dietrich@tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Julia Kowal
TU Berlino
Dipartimento di Tecnologie di accumulo di energia elettrica
Tel.: 030/314-25394
E-mail: julia.kowal@tu-berlin.de

Prof. Dr. Aleksander Gurlo
TU Berlino
Dipartimento di Materiali Ceramici
Tel.: 030/314-23425
E-mail: gurlo@ceramics.tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing Vera Rotter
TU Berlino
Dipartimento di Economia Circolare e Tecnologie di Riciclo
Tel.: 030/314-28512
E-mail: vera.rotter@tu-berlin.de