Verso una nuova generazione di batterie a litio intelligenti
Rendere le batterie ricaricabili più leggere, piccole e, al tempo stesso, più capaci e “veloci” è l’obiettivo principale dell’odierno settore dell’accumulo elettrochimico. Ma la prossima generazione darà priorità a sicurezza, durata e sostenibilità ambientale. Ne sono convinti i ricercatori del progetto europeo PHOENIX, oggi impegnati a realizzare innovative batterie al litio autoriparanti.
L’iniziativa, finanziata con quasi 5 milioni di euro di contributi comunitari (programma Horizon), è stata lanciata ufficialmente nel 2023 sotto il coordinamento della Vrije Universiteit Brussel.
Gli obiettivi di PHOENIX
I partner – nove realtà provenienti da sei paesi europei, tra cui l’italiana Deep Blue – hanno tempo fino al 30 aprile 2027 per raggiungere il loro obiettivo: aumentare la durata delle batterie di oltre il 100%, da 250 a 500 cicli di carica.
In che modo? Creando un sistema di gestione delle batterie (Battery Management System – BMS) capace di rilevare diversi tipi di degrado delle prestazioni e di avviare processi di autoriparazione.
“Inoltre – si legge sul sito web di PHOENIX – il progetto affronterà problematiche produttive come costi e produzione di massa, fattibilità del riciclo e valutazione della sostenibilità. L’obiettivo è ridurre i costi specifici delle batterie del 10% e consentire il riciclo di materiali autorigeneranti senza modifiche significative agli attuali processi di riciclo”.
Nuovi sensori e trigger per batterie a litio autoriparanti
La prima fase dell’iniziativa si è concentrata sullo sviluppo di nuovi dispositivi di rilevamento e materiali autoriparanti per batterie. Nel dettaglio, il gruppo ha messo a punto speciali sensori in elastomero morbido e sensibile alla pressione, progettati per monitorare l’espansione e la pressione interna durante tutto il ciclo di vita della batteria.
Per un monitoraggio termico, il progetto ha anche realizzato sensori stampati su substrati flessibili con materiali NTC (coefficiente di temperatura negativo) e sensori in fibra ottica per il rilevamento distribuito.
Tra i punti forti del progetto c’è un trigger termico autoregolante, realizzato con materiali con coefficiente di temperatura positivo e resistenza interna inferiore a 10 Ohm. Questo innesco attiva gli effetti di autoriparazione della batteria.
“I sensori ultrasonici montati su entrambi i lati delle celle utilizzeranno misurazioni del tempo di volo per rilevare l’espansione cellulare e le variazioni del modulo di Young, consentendoci di monitorare lo stato di salute delle cellule (SoH) in tempo reale”, spiegano i ricercatori. “Abbiamo anche sviluppato sensori di gas a memristore a strato sottile per il rilevamento dell’idrogeno, utilizzando materiali funzionali a base di ossidi metallici depositati su un substrato flessibile. I sensori sviluppati consentono il rilevamento di idrogeno a partire da 50 ppm a temperatura ambiente in aria, così come in atmosfere di gas inerte”.
Le prossime fasi
Tutti questi elementi devono ora essere convalidati in apposite celle a sacchetto. Quindi il team si concentrerà sul Sistema di Gestione della Batteria (BMS) definitivo per le nuove batterie al litio autoriparanti e affronterà anche i temi connessi alla produzione, al riciclo e alla valutazione della sostenibilità.
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