Lotte Chemical e Soelect accelerano sullo sviluppo delle «solid state»
I partner realizzeranno in America un impianto per produrre anodi al litio metallico e membrane polimeriche mentre i rivali, da Li-Metal Corp. a SES annunciano progressi
È un periodo effervescente per lo sviluppo commerciale delle tecnologie che vertono sugli elettroliti allo stato solido. Oggi il gruppo coreano Lotte Chemical ha dichiarato di essere a buon punto nel perfezionare una tecnologia in grado di migliorare la durata dei materiali delle celle dei veicoli elettrici e degli impianti di accumulo, grazie alla accresciuta stabilità degli anodi utilizzati per batterie di nuova generazione.
Lotte, che fa capo al principale produttore petrolchimico della Corea del Sud, specifica di aver completato una domanda di brevetto nazionale per una tecnologia per la produzione di materiali di rivestimento di elettroliti polimerici solidi, in grado di lavorare egregiamente come separatori in celle con anodi al litio metallico e migliorarne durata ed efficienza.
“Ci rivolgeremo attivamente al mercato globale dei materiali per batterie per assumere un ruolo guida nei settori correlati, assicurandoci le tecnologie di base delle batterie”, ha dichiarato Hwang Min Jae, Chief Technology Officer dell’azienda coreana, in una nota stampa rilasciata per l’occasione.
Nella primavera dello scorso anno Lotte (che già produce industrialmente solventi organici utilizzati negli elettroliti liquidi da numerose aziende) e la statunitense Soelect avevano confermato un investimento da $200 milioni mirato a realizzare in America un impianto di produzione di componenti avanzati per batterie di nuova generazione, come gli anodi al litio metallico LiX della startup, entro il 2025.
L’azienda con sede nella Carolina del Nord, è stata creata nel 2018 dall’attuale CEO Jin Cho e tra gli investitori della prima ora oltre a Lotte Chemical (entrata con un contributo che sfiorava il 70% di quel round di finanziamento) figurava anche il fondo di investimento del gruppo General Motors.
Oltre a produrre elettrodi negativi in litio metallico, la startup americana produce una SEM (Solid Electrolyte Membrane), una membrana elettrolitica polimerica non-PEO che può essere applicata su qualsiasi materiale per elettrodi.
Il PEO in questione è il poli-ossido di etilene, la matrice polimerica più comunemente usata nella ricerca e nello sviluppo di elettroliti allo stato solido. A chi come Soelect e Lotte sta lavorando all’utilizzo di “ospiti” polimerici non-PEO, più di un addetto ai lavori riconosce che questa alternativa presenta una maggiore stabilità ossidativa.
Peraltro, come ci ricorda un paper dello scorso anno (in libera consultazione su Advanced Energy Materials) che ha effettuato una rassegna delle pubblicazioni di settore, Maria Angeles Cabañero Martínez e co-autori sottolineano che nel caso delle matrici non-PEO “il loro utilizzo presenta due importanti inconvenienti: in primo luogo, una stabilità più debole verso la riduzione e, in secondo luogo, una minore conduttività ionica rispetto agli elettroliti a base-PEO“.
Ma gli americani e i loro partner coreani ribattono che la loro membrana “regge”, anche senza sacrificare la sua conduttività ionica superiore a vari intervalli di temperatura e la stabilità ad alta tensione. Si prevede che la nuova tecnologia migliorerà la durata dei separatori di oltre il 30% rispetto all’attuale membrana priva di coating, hanno affermato i manager della divisione del sesto conglomerato più grande della Corea del Sud.
Si prevede inoltre che la tecnologia migliorerà la stabilità degli anodi frenando i dendriti che possono formarsi sulla superficie dell’anodo di litio metallico durante i cicli di carica e scarica e che con la deposizione eterogenea di litio sui collettori di corrente possono finire per causare rischi di corto circuito, oppure perdita di capacità nelle batterie.
Lotte Chemical ha affermato che la tecnologia dovrebbe anche ridurre i costi di costruzione di fabbriche di celle al litio metallico semi-solide e allo stato solido di prossima generazione, in quanto consentirebbe all’industria di utilizzare gli impianti di produzione di batterie agli ioni di litio esistenti senza elaborati interventi di aggiornamento e ristrutturazione.
Caso mai, passando dagli elettroliti liquidi a quelli solidi, eliminando qualche reparto, come quelli per l’asciugatura dei solventi tossici. Lotte Chemical sta attualmente testando per determinare se la tecnologia può essere utilizzata in collaborazione con le aziende di batterie al litio metallico e le università in patria e all’estero.
Ai progetti industriali di Lotte e Soelect replica lo sviluppo e l’innovazione in atto presso altri rivali in bilico tra Nord America e Asia: SES AI, Li-Metal Corp.
Le notizie svelate dai partner Lotte e Soelect arrivano nello stesso periodo in cui incoraggianti risultati sono espressi da altri protagonisti del settore delle celle con anodi in litio metallico: SES AI e Li-Metal Corp. Il tutto mentre è noto che aziende come Toyota e Nissan hanno già definito i propri cronoprogrammi di uscita di auto spinte da celle solid state, con Nissan sempre ferma sulla data del 2028, mentre Toyota la anticiperà nel 2027, sebbene non con quantità massicce e solo per veicoli elettrici di nicchia.
Questo accesso sincopato alla tecnologia solid state da parte delle grandi case sembra offrire opportunità a quelle startup che stanno accelerando sulla commercializzazione. Lo scorso 15 novembre la canadese Li-Metal Corp. ha rivelato che è partita con successo la produzione dei primi lotti di anodi in litio metallico, realizzati in un impianto-pilota che sorge a Rochester, a nord di New York (visibili nella foto di apertura).
Si tratta già della seconda generazione di anodi polimerici al litio metallico prodotti da questa startup, che fa leva su una tecnologia ben nota nella manifattura dei semiconduttori e nota come PVD, ovvero Physical Vapour Deposition.
Nel settore dei chip la tecnologia PVD viene oggi considerata “a rischio” per la crescente popolarità della rivale Atomic Vapour Deposition: con la PVD diventa infatti complesso scendere sotto a dimensioni di 30nm, ma in effetti viene usata ancora per scale di 16/14 nm per i suoi costi inferiori e la sua affidabilità.
Nel mondo della manifattura di elettrodi non ci sarà bisogno di scendere a quelle scale: la precisione delle lavorazioni PVD è invece particolarmente apprezzata per prodotti anodici di seconda generazione che utilizzano polimeri metallizzati con lamine di rame da 0,5-1 micron, che consentono l’alleggerimento degli anodi e si prevede consentiranno agli sviluppatori di batterie di nuova generazione di raggiungere le metriche di prestazioni della batteria prefissate (come densità energetiche di oltre 1.000 Wh/kg per l’aerospaziale).
Il prossimo 12 dicembre infine toccherà a SES AI, startup nata come spinoff del celebre MIT di Boston e proprio come la rivale Soelect già in passato capace di attirare provvidenziali investimenti dall’America e dalla Corea del Sud, approfondire i più recenti passi avanti.
A distanza di appena tre anni dalla prima consegna di celle campione-A al litio metallico per il settore automotive l’azienda diretta da Qichao Hu è pronta a presentare i nuovi campioni-B, che ancora di più si avvicinano alla produzione di serie per la mobilità a ruote o l’aerospaziale, inclusi droni e UAM.
Al suo prossimo evento, SES AI intende fornire dettagli sui nuovi prodotti, celle pouch da 100Ah multi-strato che fanno seguito alle precedenti celle da 4Ah e 50Ah. Hu e gli scienziati del Massachusetts promettono inoltre di svelare un nuovo fattore-forma per le loro celle (e per esclusione la scelta sarà tra cilindriche e prismatiche…), inoltre approfondiranno come il deep learning applicato alla ricerca e sviluppo contribuisca alla crescita dell’innovazione di settore, anche oltre le capacità e i limiti umani.
Tornando un po’ più indietro nel tempo, a inizio novembre aveva fatto parlare la dichiarazione della startup statunitense Solid Power di aver messo in mano a BMW (uno dei suoi principali investitori, con Ford) le sue prime celle campione-A per i test: in quel caso si tratta anche della prima batteria allo stato solido a base di solfuri (anche Toyota lavora già a celle basate sui solfuri) che si sottopone a un processo di validazione formale.
L’azienda con sede in Colorado ha affermato che la consegna di celle campione-A al gruppo tedesco segna l’inizio del “processo formale di qualificazione automobilistica”, un periodo che può richiedere comunemente dai quattro fino ai sei anni.
Nel caso di Solid Power l’aspetto importante è stato il passaggio dal campione pre-A al campione-A: una sorta di pietra miliare fondamentale verso la commercializzazione, in cui il potenziale di una tecnologia viene valutata rigorosamente e deve soddisfare rigorosi requisiti e tempistiche di produzione, affidabilità e coerenza. In caso di successo peraltro questo spalanca le porte all’introduzione delle celle dell’azienda americana nelle auto elettriche.
Appena ieri, il nuovo responsabile del centro esperienze BMW sulle batterie a Parsdorf, Kurt Vandeputte, ha confermato che con Solid Power il gruppo bavarese sta creando una nuova linea di sviluppo dei processi, su cui lavoreranno in parallelo col partner negli Stati Uniti ai prossimi passi per portare la tecnologia avanzata delle batterie solid state nelle auto. Questa linea sarà operativa nel secondo trimestre del 2024.
