Pellicole a secco per gli elettrodi: un’idea più sostenibile e più economica
Ricercatori dell’IWS Fraunhofer di Dresda presentano un film di rivestimento per gli elettrodi privo di solventi, per dare più sprint allo sviluppo di batterie con maggiore densità di energia
Un gruppo di ricerca dell’IWS Fraunhofer, l’Istituto dei Materiali e delle Travi di Dresda che fa parte della grande organizzazione di ricerca applicata tedesca (con una sede anche in Italia), ha messo a punto un processo produttivo per le batterie che ha la caratteristica di rivestire gli elettrodi con pellicole di materiali chimici a secco.
Fare a meno di rivestimenti umidi è un processo che ha due vantaggi sostanziali: fa un uso meno intensivo di energia e quindi è meno costoso. Inoltre è anche più sostenibile ed economico dal punto di vista del processo produttivo, perché le lavorazioni convenzionali hanno bisogno di solventi, costosi e talvolta tossici.
“Il nostro processo di rivestimento mediante transfer a secco punta a ridurre considerevolmente i costi dei processi di rivestimento degli elettrodi“, ha spiegato il dottor Benjamin Schumm, che ha diretto la ricerca, nella nota diffusa dall’istituto.
“I produttori possono eliminare solventi tossici e costosi e tagliare i costi di energia richiesti dall’asciugatura. Inoltre, la nostra tecnologia facilita anche l’uso di materiali degli elettrodi che sono difficili o perfino impossibili da far coesistere con sostanze chimiche umide”.
L’interfaccia tra elettrodi ed elettroliti è un aspetto particolarmente importante della ricerca di significativi miglioramenti della densità di energia delle batterie che siano compatibili con la stabilità e affidabilità delle celle.
Secondo il team di ricerca dell’IWS Fraunhofer la produzione di elettrodi basata su soluzioni alternative e meno economicamente pesanti nella catena produttiva sarà avvantaggiata nelle batterie del futuro, tra le quali nella seconda parte della prossima decade si faranno largo gradualmente quelle con elettroliti solid state.
La tecnologia transfer coating sviluppata all’IWS Fraunhofer mescola i materiali attivi con polimeri leganti: la lavorazione della miscela a secco avviene nei rulli di apposite calandre. Le forze di taglio che si sprigionano nella lavorazione strappano via molecole ai polimeri leganti portandole a legarsi con le particelle dell’elettrodo in uno strato spesso 100 micrometri, flessibile e stabile, che viene poi laminato su un foglio d’alluminio creando così l’elettrodo.
Processi produttivi che fanno a meno dei solventi possono accelerare lo sviluppo e l’affidabilità di questi prodotti, insiste Schumm. E si riferisce in particolare a sistemi di stoccaggio che usano come materiale attivo lo zolfo, o a chi lavora a batterie solid state che al posto di elettroliti liquidi (e infiammabili) intendano fare ricorso a prodotti chimici solidi per la conduzione degli ioni.
Se numerosi studi promettenti sono ancora chiusi tra le pareti di laboratori di ricerca, questo non è il caso per la tecnologia dell’IWS Fraunhofer di rivestimento degli elettrodi con transfer a secco. La finlandese BroadBit Batteries ha lanciato un primo progetto-pilota di produzione di batterie agli ioni di sodio.
Si tratta in questo caso di una tecnologia che, nata come manifattura dal potenziale valido soprattutto per il settore dell’accumulo, negli ultimi anni ha iniziato ad attirare anche i produttori di pacchi batterie per veicoli. Lo sviluppo di soluzioni che implicano un futuro di costi più favorevoli appare poter rendere ancora più fertile lo spazio per ulteriori applicazioni.
Nel corso del suo intervento al Battery Europe Show 2019 di Stoccarda, Richard Clark, esperto della società britannica Morgan Advanced Materials, aveva suggerito alcuni fattori che potrebbero accelerare la diffusione della tecnologia solid state nelle batterie.
Uno di questi è l’intercambiabilità con gli attuali processi produttivi e con quelli che saranno implementati a breve termine, un altro è l’opportunità di aprire la strada a chimiche dai costi molto più bassi. Il secondo aspetto come abbiamo visto sembra assodato, almeno sulla carta.
Il primo è da verificare, però non ci è sfuggito che tra le società che hanno iniziato ad interessarsi alle opportunità che nascono con la tecnologia dell’IWS Fraunhofer ci sia anche il gruppo industriale tedesco Saueressig.
Tra le varie attività che l’azienda pubblicizza sul suo sito internet, c’è quella della calandratura di fogli di alluminio e rame, usati tra le altre cose proprio come componenti di batterie agli ioni di litio. Verrebbe da pensare che la tecnologia di rivestimento degli elettrodi con transfer a secco sia qualcosa di realizzabile estrudendo le pellicole già dagli attuali rulli presenti negli impianti di questa azienda, o eventualmente senza modifiche particolarmente onerose.
