Il manganese conta sempre di più nei piani di chi fa batterie
Startup e produttori affermati così come chi realizza materiali catodici attivi lavorano per aumentare la quota di questo minerale nelle celle, e la linea di confine tra batterie ternarie e ferrose sembra sfumare
Lunedì prossimo tra i numerosi partecipanti all’International Battery Seminar & Exhibit che si apre a Orlando, in Florida, ci saranno rappresentanti di Stratus Materials. Si tratta di una startup americana che sviluppa materiali attivi catodici di nuova generazione per celle agli ioni di litio, ed è uscita dalla cosiddetta modalità stealth da poco più di un mese.
A metà del 2022 la società aveva completato un finanziamento Serie A da $12 milioni guidato da Breakthrough Energy Ventures (società in cui ha investito Bill Gates) con la partecipazione di DNS Capital.
Stratus sta attualmente producendo il suo materiale attivo catodico proprietario su una prima linea-pilota e sta fornendo campioni a un piccolo gruppo di potenziali clienti iniziali. La società in precedenza operava con la ragione sociale 33 Tech.
È stata fondata all’inizio del 2022 per commercializzare una serie di innovazioni promettenti, caratterizzate da una quota elevata di manganese e dall’assenza di cobalto grazie al lavoro di un team guidato da Jay Whitacre, professore alla Carnegie Mellon di Pittsburgh, università nota per l’ingegneria da sempre e ultimamente le batterie e la guida autonoma.
Stratus Materials promette di ottenere dallo sviluppo dei suoi materiali catodici ricchi di manganese e senza cobalto densità di energia, stabilità, basso costo e disponibilità di materiali di input eccezionali, superando le sfide che hanno ostacolato le celle ad alto contenuto di manganese fino ad oggi.
L’azienda sembra riconoscere che la densità di energia molto elevata, tipica delle chimiche Nickel Rich (ad alto contenuto di nichel) piuttosto che di quelle Manganese Rich: anche la sua nota stampa indica che le celle con questi catodi saranno specificamente destinati ai veicoli elettrici leggeri e medi, nonché ad altre applicazioni con requisiti di prestazioni simili. In altre parole non le vedremo forse su un GMC Hummer o un veicolo commerciale, ma hanno buone possibilità su auto compatte e medie, nonché con le due ruote.
Ma Whitacre, ora CEO e CTO di Stratus Materials, è più entusiasta nelle sue espressioni ufficiali: “i nostri processi e materiali innovativi sono progettati per fornire all’industria delle batterie agli ioni di litio offerte di catodi che superano le migliori formulazioni di catodi NMC praticamente su ogni dimensione, senza fare affidamento sul cobalto e con una quantità significativamente inferiore di nichel e litio per kWh”.
Se si mette da parte la indispensabile dose di autostima richiesta a manager e scienziati delle startup, il settore delle batterie Manganese Rich è stato fin qui visto come una possibile alternativa alla crescente diffusione delle celle a base ferrosa LFP (e senza voler entrare nell’altro cliente scomodo delle batterie al sodio).
Coi cinesi finora leader incontrastati delle celle LFP i rivali coreani, che pure recentemente hanno confermato di prendere in considerazione la produzione di celle LFP, da tempo lavoravano a sviluppare celle Hi-Mn con varie formulazioni: LMO, LMNO e LMR.
Secondo gli addetti ai lavori coreani, sempre alle novità nel settore delle batterie, la densità di energia gravimetrica (Wh/kg) di celle ternarie ad alto contenuto di manganese è tra il 35% e il 60% più elevate delle celle a base ferrosa. Come contropartita, questo tipo di batteria costa tra il 10% e il 12% più di quelle tipo LFP.
Un altro problema dello sviluppo delle celle Manganese Rich finora è stata la durata di vita media: quelle mediamente ottenute dai centri esperienze in Corea del Sud si attestava sui 300 cicli, piuttosto distante dagli 800-1.000 tipici delle celle con chimica ternaria NMC (nichel-manganese-cobalto), che a loro volta durano la metà di quelle a base ferrosa.
Per rimediare gli scienziati delle batterie stanno in maggioranza concentrandosi su materiali mono-cristallini, che, come già riscontrato nelle celle ternarie tradizionali tendono a ridurre il formarsi di fessure negli elettrodi che sono invece comuni coi materiali catodici poli-cristallini.
Quanto alla messa in linea di batterie con questo tipo di chimica per ora né le startup come Stratus né grandi produttori come quelli coreani hanno diffuso una roadmap ufficiale. Lo stanno cominciando a fare però alcuni produttori di materiali catodici attivi: in Europa la tedesca BASF e la belga Umicore, entrambe specializzate nelle batterie ternarie, da tempo lavorano per questo obiettivo.
A metà dello scorso febbraio è stata proprio Umicore ad annunciare l’intenzione di introdurre il suo materiale catodico HLM ricco di manganese e ad alto contenuto di litio nei veicoli elettrici entro il 2026.
Questo materiale dovrebbe avere un prezzo simile a quello di chi produce materiali attivi per celle LFP, ma con prestazioni migliori per quanto riguarda autonomia e tolleranza di ricariche ripetute elevate e una riciclabilità migliorata. Non guasta che il gruppo belga sottolinei che la sicurezza delle celle Manganese Rich sarà analoga a quella delle concorrenti a base ferrosa, e la stabilità delle batterie LFP è tale che sono oggi quelle preferite nell’offerta di chi non può permettersi di scherzare con la sicurezza, ad esempio chi vende pacchi batterie nella nautica e persino per il settore della difesa.
Ci sarebbe anche da chiedersi se le super-celle a base ferrosa con catodi LMFP (che condividono la struttura di olivina con quelle LFP) non siano in effetti a loro volta da considerare Manganese Rich: intanto per metà decennio il maggior produttore di materiali cinese Dynanonic prevede di commercializzare più LMFP (440.000 tonnellate) del vero e proprio LFP (345.000 tonnellate) e questo forse è già un segnale.
Uno dei produttori cinesi emergenti, CALB, che forse finora è stata nota più per alcuni contenziosi legali con la rivale CATL che per la sua produzione, si sta dando particolarmente da fare proprio nello sviluppare celle con alto contenuto di manganese, sebbene al contrario dei coreani ed europei intenda riuscirci senza uscire dal settore delle batterie a base ferrosa e senza menzionare la chimica LMFP, che non è più un segreto almeno dal 2020.
In occasione del World New Energy Vehicle Congress dell’estate 2022, il vicepresidente CALB Xie Qiu si è impegnato in una presentazione (cui si riferisce la foto di apertura) intitolata “OS High Manganese Iron Lithium Battery” , affermando che la densità di energia prevista sarà di 152 Wh/kg, e che le celle saranno molto sottili: solo 110 mm per contribuire al miglioramento della stabilità dei pianali in cui saranno inseriti.
CALB ha già nel portafoglio-clienti Xpeng, Leapmotor, Geely e GAC Motor, ma non pare che ad essi abbia destinato già anche batterie ad alto contenuto di manganese, quanto piuttosto quelle ternarie ad alte prestazioni.
