Per soddisfare la domanda di energia, la creazione di nuovi prodotti chimici per le batterie è fondamentale

Si prevede che il settore delle batterie triplicherà fino a raggiungere i 135 miliardi di dollari entro il 2031, ma la sua crescita recente è stata notevole. Sei anni fa in Europa la capacità prevista delle batterie era molto ridotta. Tuttavia, riconoscendo il ruolo vitale delle batterie nell’affrontare il cambiamento climatico, ora ci sono almeno 45 diversi progetti di batterie in cantiere, poiché gli scienziati mirano a generare sostanze chimiche per batterie più nuove e più pulite.

La European Battery Alliance (EBA), guidata da EIT InnoEnergy, ha contribuito a portare avanti questo processo. Riunendo le parti interessate provenienti da tutta la catena del valore della produzione di batterie, l’EBA sta lavorando per superare la sfida europea delle batterie da ogni punto di vista, dallo sviluppo della tabella di marcia e dal finanziamento all’estrazione mineraria e alle competenze.

Ora, la sfida non riguarda tanto la capacità, ma la chimica. Vent’anni fa, i chimici delle batterie hanno discusso i pro e i contro di diversi importanti prodotti chimici delle batterie e alla fine hanno optato per perseguire il litio, ottenendo prestazioni superiori in termini di densità energetica. È una decisione che ha servito bene il mondo, fino a poco tempo fa.

Sviluppati inizialmente per piccoli dispositivi elettronici come le fotocamere, nessuno avrebbe potuto prevedere un aumento così considerevole della domanda dovuto ai veicoli elettrici. Questo aumento della domanda rappresenta una sfida nell’approvvigionamento etico di quantità sufficienti di litio, cobalto e nichel. L’IEA suggerisce che il mondo potrebbe dover affrontare una potenziale carenza di litio già nel 2025.

Sebbene le attuali tecnologie del sodio continuino a essere inferiori al litio in termini di densità energetica, il sodio è un materiale abbondante, il che lo rende ideale per lo stoccaggio stazionario.

Di conseguenza, le batterie agli ioni di sodio hanno il potenziale per rappresentare un’alternativa interessante per i veicoli elettrici entry-level che saranno alla pari in termini di tempi di ricarica ma avranno un’autonomia leggermente più breve in cambio di un prezzo inferiore.

Anche una “soluzione di batterie AB” che combina celle al litio e al sodio in un unico pacco batteria potrebbe rappresentare un’opzione interessante per sfruttare il meglio delle due tecnologie. Attirato dal vasto potenziale dei prodotti chimici delle batterie al sodio, il colosso industriale CATL ha già avviato la produzione su piccola scala, prevedendo quest’anno volumi di massa. E molti piccoli innovatori stanno seguendo l’esempio.

Preparare la catena di approvvigionamento per un’impennata della domanda è dimostrato, ad esempio, da Altris, con sede a Uppsala, che ha sviluppato un materiale catodico ad alta densità di energia chiamato Fennac, che produce da sodio, ferro, carbonio e azoto.

La tecnologia è stata sviluppata per essere plug and play in qualsiasi linea di produzione agli ioni di litio standard del settore. È così innovativo che ha attirato l'attenzione di Northvolt, leader mondiale nello sviluppo di batterie, che ha preso parte al round di finanziamento della serie A di Altris. I 9,6 milioni di euro raccolti verranno utilizzati per aprire un impianto di produzione su scala GWh entro la fine dell’anno.

Anche il silicio come materiale anodico è in aumento. Le soluzioni al silicio sono uniche perché possono immagazzinare grandi quantità di ioni di litio a velocità elevate, consentendo velocità di ricarica inferiori a 15 minuti con oltre 500 miglia di autonomia.

Tuttavia, l’industria si trova ad affrontare diverse sfide nel portare le sostanze chimiche dalla miscela <10% di silicio-grafite che abbiamo oggi, alle potenziali sostanze chimiche al silicio al 100% di cui potremmo trarre vantaggio in futuro.

Queste sfide includono la creazione di una chimica stabile che consentirà alla naturale propensione del silicio di espandersi e contrarsi mentre si carica e si scarica e lo renderà scalabile a un prezzo competitivo. L’industria sta perseguendo diverse strategie, alcune delle quali seguiranno un percorso di aumento graduale del contenuto di silicio, mentre altre stanno spingendo per introdurre anodi interamente in silicio già nel 2027.

Lavorare per una soluzione completamente in silicio è una sfida su cui GDI, innovatore di batterie con sede a New York, ha dedicato gran parte degli ultimi dieci anni a lavorare.

Ispirandosi ai pannelli fotovoltaici, GDI utilizza la deposizione di vapore chimico potenziata dal plasma per creare un design unico di anodo di silicio al 100%. Nei test di laboratorio, è stato dimostrato che la chimica offre un aumento del 30% della densità energetica sulle batterie avanzate agli ioni di litio e una ricarica rapida sicura e affidabile dal 10 al 75% in 15 minuti per oltre 500 volte con uno stato di carica rimanente dell'80%. salute.