Testare sicura delle batterie solide

Il mercato dei veicoli elettrici è in forte espansione. Allo stesso tempo, si cercano sempre nuove soluzioni per aumentare l'autonomia, ridurre i tempi di ricarica, migliorare la sicurezza e la sostenibilità. Le batterie a stato solido potrebbero in futuro sostituire le tradizionali batterie agli ioni di litio con elettroliti liquidi. Fino ad allora, ci sono ancora alcune sfide da superare e molte prove da condurre. Poiché attualmente non esistono norme standardizzate in merito, weisstechnik, forte della sua lunga esperienza, sviluppa soluzioni per armadi di prova compatti e laboratori di collaudo che soddisferanno tutte le future esigenze in modo affidabile.

È iniziata la corsa allo sviluppo

La gara per trovare la soluzione migliore per le batterie a stato solido è ormai aperta. A seconda del produttore, si prevede che i primi veicoli di serie possano essere prodotti tra il 2025 e il 2030. Finora, solo l'azienda francese Blue Solutions ha presentato una soluzione pronta per la produzione in serie, utilizzata anche nel Mercedes eCitaro. Attualmente, i principali innovatori sono aziende provenienti da Giappone, Corea del Sud, Cina e USA. Tuttavia, grazie alla lunga esperienza nello sviluppo automobilistico, le aziende tedesche hanno le condizioni ideali per contribuire in modo decisivo al successo delle batterie a stato solido. La tecnologia di collaudo di weisstechnik può svolgere un ruolo importante in questo processo.

Campo di innovazione delle batterie a stato solido

Contrariamente alle tradizionali batterie agli ioni di litio con elettroliti liquidi, le batterie a stato solido (Solid-State Batteries, SSB) utilizzano elettroliti solidi. Attualmente, vengono studiate diverse classi di elettroliti solidi in termini di prestazioni in celle complete di SSB. L'attenzione è rivolta principalmente a elettroliti solidi a base di ossidi, solfuri, polimeri e halogeni, nonché a soluzioni ibride derivate da questi. In tutte le linee di sviluppo, è necessario riprogettare la chimica della batteria e ottimizzare perfettamente tutti i componenti per ottenere le caratteristiche desiderate. Tra le possibilità, si possono impiegare anche nuovi materiali attivi per gli anodi (anode active materials, AAM), come il litio metallico e il silicio. Per i materiali attivi delle catodi (cathode active materials, CAM), sono in fase di studio diverse opzioni.

Vantaggi convincenti possibili

L'ipotesi di lavoro di numerosi progetti di ricerca è che la combinazione ottimale di materiali nelle batterie a stato solido offra vantaggi significativi rispetto alle batterie agli ioni di litio con elettroliti liquidi e possa rivoluzionare in modo sostenibile il mondo della mobilità elettrica. Le batterie a stato solido promettono una densità energetica molto superiore e un'autonomia fino al 30% maggiore, pur mantenendo un ingombro più compatto. Inoltre, a seconda della chimica della cella, i tempi di ricarica possono essere notevolmente ridotti e il numero di cicli di ricarica può superare i 2.000. Anche il rischio di incendio, legato alla combustione termica in caso di sovraccarico o incidente, è ridotto grazie all'assenza di componenti liquidi infiammabili che potrebbero fuoriuscire. Inoltre, sono molto più sostenibili da produrre e, nel complesso, possiedono un grande potenziale futuro. Tuttavia, è necessario rendere scalabile la produzione dei componenti e la fabbricazione delle celle, riducendo i costi di produzione attualmente 7-8 volte più elevati a un livello compatibile con la produzione di massa.

Pressione di sviluppo elevata

Attualmente, costruttori di veicoli, fornitori, laboratori di sviluppo e università stanno lavorando sulla tecnologia delle batterie a stato solido. Sono disponibili ingenti fondi pubblici: solo Volkswagen, tramite il suo partner QuantumScape, investirà oltre 300 milioni di euro nei prossimi anni. In Germania, sono attivi tra gli altri gli istituti Fraunhofer, il KIT, il centro di ricerca Jülich, l'Università di Braunschweig e il MEET di Münster. Un importante motore di innovazione è il centro interdisciplinare di ricerca sui materiali (ZfM) dell'Università di Gießen. Con un team di circa 40 ricercatori, il riconosciuto specialista Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek studia le basi chimiche e fisiche e le sfide delle batterie a stato solido. Coordina inoltre le attività del cluster di competenza per le batterie allo stato solido (FestBatt), inserito nel progetto quadro "Forschungsfabrik Batterie" del Ministero federale dell'istruzione e della ricerca (BMBF). "Le aspettative del mercato sono enormi, la pressione per fornire soluzioni rapide è grande. Per questo, è fondamentale lavorare con tecnologie di collaudo affidabili e precise", spiega Prof. Janek, direttore generale del ZfM e coordinatore del cluster FestBatt.

Il ruolo fondamentale della tecnologia di collaudo

Con questa pressione di sviluppo, aumentano anche le richieste ai fornitori di tecnologie di collaudo. Le batterie a stato solido devono infatti superare numerosi test prima di entrare in produzione. Da un lato, si può presumere che siano complessivamente meno problematiche rispetto alle batterie tradizionali agli ioni di litio, grazie alle loro proprietà dei materiali. Dall'altro, possiedono una densità energetica superiore e un diverso potenziale di rischio, che richiede l'adattamento delle tecnologie di collaudo nel settore della sicurezza. Solo così si potranno testare in modo completo le prestazioni e la sicurezza. Poiché attualmente non esistono norme di prova specifiche o linee guida dei produttori, si pone il problema di quali prove e requisiti siano necessari e quali impianti di prova possano garantire affidabilità e sicurezza. Nonostante il potenziale di rischio inferiore, durante i test di batterie a base di solfuri, ad esempio, possono verificarsi emissioni tossiche ed esplosive di H2S (solfidrico). Pertanto, le strutture di prova devono essere progettate in modo che non rappresentino un pericolo per le persone, le apparecchiature di prova e l'ambiente.

Requisiti per le tecnologie di collaudo

Oltre al rischio di emissioni di H2S, le strutture di prova devono considerare anche le temperature di esercizio più elevate, talvolta richieste per le batterie a stato solido. Indipendentemente da queste particolarità, ci si può aspettare che gli impianti di prova per le batterie a stato solido abbiano requisiti simili o uguali a quelli per le batterie agli ioni di litio convenzionali. Con l'avanzare delle tecnologie, i contenuti delle norme si chiariranno progressivamente. È importante che tutti coloro che operano in questo settore dinamico possano utilizzare basi di prova sicure e uniformi, ottenendo risultati comparabili.

Aggiornamenti per impianti esistenti

Molte aziende e istituzioni dispongono già di impianti di prova per batterie agli ioni di litio convenzionali. Se sono prodotti da weisstechnik, possono essere facilmente adattati o ampliati per testare batterie a stato solido. Per esempio, una camera di prova può essere aggiornata con un sistema di allarme H2S con sensore e lampada di avviso, e, se necessario, con una soluzione di ventilazione aggiuntiva. Anche gli armadi di prova ClimeEvent, destinati all'ambiente di laboratorio, possono essere aggiornati rapidamente e facilmente per soddisfare la maggior parte delle esigenze. Per le aziende, gli aggiornamenti delle soluzioni di prova esistenti sono più sostenibili e veloci da realizzare. Questo conferisce loro un vantaggio competitivo importante in un settore altamente dinamico, dove l'obiettivo è trovare rapidamente risposte affidabili e presentare soluzioni sicure.

Nuovi armadi di prova e camere

Oltre a numerose aziende e istituzioni consolidate, molte start-up e giovani imprese stanno lavorando sulle batterie a stato solido. Spesso, queste non dispongono ancora di impianti di prova propri o ne hanno di limitata capacità, e dipendono quindi da armadi di prova e camere di prova disponibili a breve termine e sicuri da usare. Anche in questo caso, weisstechnik può offrire soluzioni semplici e rapide. Con il kit di livello di rischio (Hazard Level), è possibile determinare facilmente i requisiti delle strutture di prova e, dopo una valutazione del rischio, realizzare soluzioni standard o personalizzate. Il concetto modulare delle soluzioni di prova di weisstechnik permette di sviluppare e consegnare rapidamente prodotti su misura.

La tecnologia di collaudo rimane una questione di fiducia

Competenza, esperienza e servizio sono criteri fondamentali nella scelta di un partner per le soluzioni di prova nel settore automotive. weisstechnik è un esperto affermato in soluzioni di collaudo complesse e opera nel settore delle batterie agli ioni di litio da oltre 20 anni. Con questa conoscenza, l'azienda offre soluzioni di prova pronte all'uso e a prova di futuro, che sono immediatamente operative e anche convenienti nel lungo termine. In qualità di leader innovativo del settore, weisstechnik supporta le aziende anche nel servizio, offrendo una rete di assistenza capillare in tutta la Germania e contratti di assistenza personalizzati. Ciò aumenta la sicurezza operativa e permette alle aziende di concentrarsi sullo sviluppo dei propri prodotti.