Un altro passo verso batterie col 50% di densità in più
Gli anodi in puro silicio di LeydenJar Technologies consentono agli olandesi di produrre i primi prototipi di batterie laminate ad altissima densità
Circa un mese fa Auto21 aveva segnalato l’olandese LeydenJar Technologies BV per essersi affermata come vincitrice del BMW Startup Challenge grazie ad una tecnologia applicabile al “cuore” delle auto elettriche: le batterie. Ora l’azienda, nata come spin-off dell’ECN (il maggior centro di ricerca olandese sulle energie) dimostra di essere più di una promessa ma una realtà producendo i primi prototipi di una cella laminata con anodi realizzati in puro silicio.
L’ECN sostiene che la tecnologia sviluppata permette un incremento della capacità di una batteria agli ioni di litio fino al 50%: il prossimo step per LeydenJar sarà il lancio commerciale.
Attualmente la scelta convenzionale per gli anodi, inclusi quelli dei pacchi batterie usati sulle auto, cade sulla grafite. Invece l’elettrodo realizzato nei Paesi Bassi con una nanostruttura in silicone applicata per depositazione (ma nel linguaggio corrente spesso indicata come sublimazione), ha una struttura porosa che si contraddistingue per le doti di stabilità.
L’azienda riferisce che le celle prototipo hanno completato 100 cicli ad una capacità costante di 1.000 mAh/g, mentre celle a bottone hanno già affrontato oltre 400 cicli ad alta capacità (tra i 1.000 e i 2.000 mAh/g).
Il silicio offre una densità di energia teorica fino a dieci volte maggiore di quella degli anodi convenzionali. Finora a bloccare ogni tentativo era stata la predisposizione di questo materiale a dilatarsi durante i cicli di lavoro (fino al 300%, il che ne precludeva l’impiego al di fuori dei laboratori di ricerca).
Da tempo centri di ricerca accademici ed industriali cercavano di trovare il modo di “dribblare” il problema. LeydenJar Technologies afferma di essere riuscita a produrre anodi al 100% fatti di silicio (e quindi con capacità ottimale) grazie ad una tecnica di rivestimento impiegata in un ciclo produttivo che deposita le nano-strutture in silicio facendole passare dallo stato gassoso a quello solido direttamente sulla lamina di rame.
La lavorazione PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) è stata sviluppata nella produzione di film per microprocessori e celle solari; si tratta invece una novità applicata al settore delle batterie. La tecnologia che l’ECN ha messo a punto ha già il potenziale per passare dalla produzione di prototipi di batterie (che si vedono sullo sfondo della foto di apertura nel monitor) alla produzione in serie.
In effetti i due obiettivi che LeydenJar Technologies si pone ora in parallelo riguardano sia i prossimi prototipi con anodi in puro silicio sia i macchinari necessari per produrli. I prototipi di celle laminate della startup olandese hanno come obiettivo una densità di energia di 480 Wh/kg (Watt-ora per chilo), un valore elevatissimo.
La letteratura specializzata suggerisce che i migliori prodotti attuali arrivano a 195 Wh/kg, se si considerano le sole celle. Le celle laminate che meglio superano gli ostacoli imposti dal posizionamento nei pacchi batteria e dai sistemi di gestione e raffreddamento arrivano a conservare fino a 138 Wh/kg una volta inserite nelle sedi in cui devono lavorare, perfino meglio dei 132 Wh/kg attribuiti alle celle cilindriche (la soluzione preferita da Panasonic e Tesla).
Per quanto riguarda le macchine PECVD per produrre gli anodi in puro silicio, l’azienda olandese crede sia possibile dimostrarne molto presto le doti con tassi di produzione pre-serie. L’attrezzatura sviluppata, secondo la casa fondata da Christian Rood, ha un vantaggio competitivo rispetto alle soluzioni attuali perché chi realizza anodi convenzionali deve miscelare diversi materiali attivi che oltre alla fase di rivestimento prevedono legature, fresature, tagli, cotture.
Paul Wyers, direttore del laboratorio sull’energia solare all’ECN, ha sottolineato il perché: “Quello che rende tanto promettente la nostra invenzione è che la tecnologia per la produzione di massa di questo materiale è già a portata di mano grazie alla similarità con un attuale processo di produzione delle celle solari. Crediamo che questo ci dia un vantaggio unico”.
