Fraunhofer ISE di Friburgo, insieme a partner della ricerca e dell’industria, ha sviluppato una nuova architettura degli elettrodi per celle batteria con l’obiettivo di aumentare l’energia immagazzinata senza incrementare il peso. Secondo quanto riportato dall’istituto, il risultato è un incremento della densità energetica compreso tra il 10% e il 15%, ottenuto intervenendo sulla struttura interna degli elettrodi e, in particolare, sullo spessore dei loro rivestimenti.
Il principio alla base del progetto è l’aumento marcato dello spessore del coating elettrodico. Il team indica di essere passato dai valori standard precedenti, compresi fra 100 e 200 micrometri, fino a 800 micrometri. In questo modo diminuisce il numero di collettori di corrente necessari nella cella e si libera più volume per il materiale attivo. L’effetto atteso è quindi una maggiore capacità energetica a parità di massa della batteria, con un’architettura che modifica il bilanciamento tra componenti attivi e componenti conduttivi interni.
La validazione sperimentale è stata eseguita in un primo tempo su piccole celle di laboratorio per tre diverse chimiche: litio-ione, sodio-ione e zinco-ione. Per le batterie agli ioni di litio, il gruppo di ricerca ha anche realizzato prototipi di celle pouch con la nuova struttura degli elettrodi su una linea di produzione semi-automatica nella cleanroom del laboratorio Fraunhofer ISE dedicato ai materiali per batterie e alla produzione di celle. L’istituto afferma inoltre che il concetto può essere adattato anche ad altre chimiche di cella.
Un altro aspetto evidenziato riguarda il processo produttivo. Gli elettrodi sono descritti come privi di PFAS e la loro fabbricazione non richiede solventi tossici. Fraunhofer ISE sostiene inoltre che una possibile linea di produzione per questi elettrodi presenti una complessità di processo sensibilmente inferiore rispetto a un sistema di wet coating convenzionale. Da questo deriverebbero costi di investimento più bassi, oltre a minori costi operativi legati a una riduzione dello spazio necessario e del fabbisogno energetico.
Sul fronte dell’industrializzazione, il progetto coinvolge Helmut Hechinger GmbH & Co. KG come partner industriale con competenze manifatturiere e acp systems AG per lo sviluppo delle attrezzature destinate alla produzione degli elettrodi. Secondo quanto dichiarato dal management di Hechinger, un’eventuale industrializzazione dipenderà dai successivi passaggi di scaling up e validazione, sia sul piano dei costi sia su quello delle prestazioni. Fraunhofer ISE collega il lavoro anche alla crescita della domanda di sistemi di accumulo stazionari in un sistema energetico con una quota crescente di fonti rinnovabili variabili.
Lo sviluppo è il risultato di più progetti di ricerca: VORAN, attivo fino a giugno 2027, InFAB e WinZIB2, questi ultimi già conclusi. Tra i partner figurano anche l’Institute for Photovoltaics dell’Università di Stoccarda e il Karlsruhe Institute of Technology/Helmholtz Institute Ulm. Il finanziamento, secondo la fonte, proviene dal BMWE per VORAN e InFAB e dal BMBF per WinZIB2.
