Cresce in fretta la capacità produttiva di anodi al silicio di Group14
Dall’America alla Corea crescono i nuovi impianti del materiale che nelle celle dei veicoli elettrici è candidato a sostituire la grafite e sono chiari i primi clienti della startup americana: Porsche ed SK On
Per chi segue con attenzione l’evolversi della tecnologia destinata a portare innovazione nelle batterie dei veicoli elettrici, di solito sentir parlare di chimica delle celle è legato ai progressi nei catodi: i mesi recenti sono stati occupati dalla sfida tra celle ternarie a base di nichel, cobalto, manganese oppure nichel, cobalto e alluminio e quelle a base ferrosa, il cui gradimento sta arrivando alle stelle. Ma alcune aziende da tempo hanno i loro scienziati e laboratori al lavoro sugli anodi.
Da quando oltre due decenni fa era stato accantonato il litio metallico per problemi di sicurezza, gli elettrodi negativi sono dominati dall’impiego di grafite, un materiale di cui la Cina detiene un quasi-monopolio per la raffinazione, sebbene la sua estrazione sia molto più diffusa a livello globale.
Una manciata di startup sparse tra America, Asia e anche Europa lavora alacremente ad anodi basati sul molto più diffuso silicio e negli ultimi tempi sembra aver imboccato una vera e propria autostrada per arrivare a destinazione nella loro commercializzazione ed essere concorrenziale con la materia prima oggi più comune.
Una nuova generazione di celle per i veicoli elettrici con anodi in silicio saranno in grado di accogliere più energia, raggiungere una autonomia migliore e anche di ricaricarsi più rapidamente, senza pregiudicare per questo la vita utile della batteria. Naturalmente chi conosce le dinamiche del settore delle batterie avrà anche già indovinato che quel traguardo non è per domani o dopodomani, o magari la fine del 2023.
Gene Berdichevsky, scienziato ed imprenditore ex-Tesla è CEO e co-fondatore della società più famosa ed anziana nel gruppetto leader negli anodi in silicio; ha confermato che il suo prodotto battezzato Titan Silicon, apparirà dapprima sui fuoristrada elettrici Mercedes-Benz e consentirà di scendere coi prezzi al livello degli anodi in grafite nel corso del tempo, portando il mercato ad accogliere una quota di un terzo di veicoli con anodi in silicio nel 2030 e, probabilmente, tutti quanti nel 2035.
Oggi solo piccolissime percentuali di silicio sono inserite negli anodi a prevalenza grafite, e questo dettaglio anticipa un grande vantaggio dell’offerta di anodi in silicio rispetto ad alternative più complesse, come quelle delle celle con elettroliti allo stato solido, che propongono una strada alternativa per aumentare energia ed autonomia dei veicoli elettrici.
I materiali al silicio sono compatibili con le linee di produzione esistenti e non richiedono ai produttori di batterie di rivoluzionare le loro fabbriche o investire in nuovi e costosi macchinari. Per questo Sila Nano è convinta di poter tranquillamente arrivare ad equipaggiare 200.000 veicoli elettrici l’anno nel 2026 e un milione nel 2028.
Ma se Sila Nano grazie alla collaborazione con Mercedes-Benz è la società più nota nel settore fino ad oggi, sta rapidamente emergendo come sua rivale diretta Group14 Technologies, emersa nel 2015 come spin-off di EnerG2 e a sua volta focalizzata su nuove applicazioni per il silicio.
Group14 ha raccolto finora $650 milioni di fondi per sviluppare la sua tecnologia, che ha come punta di diamante la polvere di silicio-carbonio SCC55, che già nella nomenclatura suggerisce le percentuali di silicio e carbonio presenti nel prodotto, appunto attorno al 50% ciascuno.
A uno dei primi round di finanziamento, nel dicembre 2020 per $17 milioni, aveva partecipato come capofila la coreana SK Materials. Ma è stato a giugno dello scorso anno che Group14 è uscita dall’ombra, quando al finanziamento Serie C da $400 milioni ha aderito Porsche, che a questo punto si ritiene sarà la prima a beneficiare del prodotto commerciale realizzato con anodi SCC55.
E tanto per gradire, a dicembre 2022 Group14 aveva completato con successo un altro round da parte di un consorzio di finanziatori che includeva il fondo ESG guidato da Microsoft e il gruppo chimico tedesco BASF.
Group14 opera già da tempo una linea-pilota per i suoi materiali anodici al silicio a Woodinville, nello stato di Washington, sul Pacifico. Ieri ha confermato di aver iniziato a costruire un impianto di livello commerciale a Moses Lake, praticamente nella stessa area industriale della rivale Sila Nano, in cui produrre la sua polvere di silicio-carbonio SCC55.
Quando l’impianto aprirà nel 2024, avrà la capacità iniziale di produrre materiale anodico sufficiente per un massimo di 200.000 veicoli elettrici, con l’intenzione di triplicare la capacità per soddisfare la domanda in continua crescita.
Come si può immaginare dalle cifre che si pone come obiettivo Group14 (come peraltro quelle di Sila Nano per gli anodi che vedremo dal 2025 sui SUV elettrici Mercedes-Benz EQG) per i primi anni di commercializzazione gli anodi al silicio saranno per i loro costi qualcosa che apparirà nelle batterie di modelli costosi, come peraltro nell’automotive è stata la prassi in nuove tecnologie agli esordi: basti pensare alla curva dei costi dell’ABS.
Al calo dei costi contribuiscono i volumi e in questo Group14 appare ben impostata, visto che non si tratta solo di produzione americana. La stampa specializzata coreana lo scorso 31 marzo aveva confermato che la joint venture di SK Materials (divisione collegata come il produttore di batterie SK On al conglomerato petrolchimico SK Group) e Group14 era arrivata al termine della costruzione della prima fabbrica di cui dispone la società aperta nel 2021 dai due partner.
Secondo Rick Luebbe, CEO e co-fondatore di Group14 lo stabilimento della joint venture in Corea del Sud dovrebbe aprire già entro la fine di quest’anno. In base a resoconti di stampa coreani l’impianto di materiali anodici di silicio di SK Materials e Group 14 dovrebbe iniziare la produzione di massa nel terzo trimestre.
Se finora le aziende al mondo che sono riuscite a commercializzare materiali anodici di silicio sono una rarità, quella cui ci riferiamo è l’unica per ora in Corea del Sud, paese che ospita tre dei maggiori produttori globali di celle per veicoli elettrici, oltre a SK anche LG Energy Solutione e Samsung SDI. La fabbrica si trova nel complesso industriale generale di Cheongni, Sangju, nella provincia del Nord Gyeongsang.
SK Materials prevede inoltre di completare in quell’area industriale la costruzione di un impianto di monosilano (SiH4), che viene da anni utilizzato per depositare silicio su wafer nei semiconduttori e per depositare silicio su substrati di vetro per schermi TFT-LCD; ma questa materia prima dovrebbe essere di grande interesse anche per i materiali anodici di silicio.
Finora il motivo per cui la commercializzazione degli anodi di silicio è stata tecnicamente difficile è la tendenza all’espansione e alla dilatazione di questo materiale. La tecnologia di Group14 e il suo materiale proprietario mira a ridurre al minimo l’espansione durante i cicli di carica e scarica, vicino ai livelli della dilatazione degli anodi in grafite, circa il 6%. Questa opportunità viene ritenuta un fattore competitivo chiave per il successo di qualsiasi materiale anodico in silicio.
Il materiale dell’anodo di silicio di SK Materials Group 14 si contraddistingue per la sua porosità: il silicio viene impregnato in una matrice di carbonio accuratamente ingegnerizzata allo scopo di fargli riempire al momento opportuno gli spazi vuoti appositamente predisposti, con un processo che sopprime l’espansione del volume prevenendo successivi cedimenti.
I coreani sono leader del mercato del loro materiale in forma gassosa e collaborano al progetto con una deposizione uniforme nei pori microscopici a livello nanometrico, aprendo la strada a celle di veicoli elettrici con una maggiore potenza di ricarica della batteria e una maggiore durata del materiale anodico.
Secondo quanto affermato da SK Materials con la stampa coreana, il metodo di produzione con elettrodi altamente porosi ha anche una maggiore difficoltà tecnica, ma SK Materials Group 14 hanno una solida proprietà intellettuale nel campo e il tipo di rivestimento nanometrico ottiene i risultati prefissati.
