Ridurre i costi delle batterie per veicoli elettrici
La transizione verso i veicoli elettrici (EV, electric vehicle) ha scatenato un forte incremento nella domanda di celle per batterie e l’Europa si sta preparando a diventare un attore di primo piano nella produzione di questi componenti fondamentali. Alla luce degli investimenti che molte imprese stanno effettuando in nuove fabbriche e impianti produttivi, l’Europa è destinata a dominare il mercato globale delle batterie per veicoli elettrici. Il progetto DEFACTO, finanziato dall’UE, si è prefisso di rivoluzionare l’industria manifatturiera europea delle celle di batterie per veicoli elettrici. Ispirato dalla previsione secondo cui l’utilizzo di veicoli elettrici aumenterà in modo massiccio e guidato dalle opportunità di abbassarne drasticamente i costi e incrementarne le funzionalità, DEFACTO si è proposto di garantire che il percorso in questa direzione sia il più agevole possibile. In particolare, il progetto ha affrontato le sfide legate alla riduzione del costo dei pacchi batterie, che al momento costituiscono il 35 % dei costi associati ai veicoli elettrici, migliorando la densità energetica e ottimizzando il processo di fabbricazione. «I componenti di base delle batterie, ossia le celle elettrochimiche, rappresentano un importante mercato per l’industria europea, che secondo le stime raggiungerebbe i 250 miliardi di EUR nel 2025», spiega Elixabete Ayerbe, coordinatrice del progetto DEFACTO. «Un pacco batterie è costituito da più moduli, ciascuno dei quali contiene tra le 6 e le 12 celle. Queste ultime, elementi dispendiosi dal punto di vista economico, rappresentano quasi il 70 % della composizione dei pacchi batterie.»
Modelli multiscala per ottimizzare la progettazione delle celle
Per accelerare la catena del processo di fabbricazione delle celle per batterie, DEFACTO ha sviluppato modelli multifisici e multiscala in modo da comprendere meglio il comportamento dei materiali, delle celle e del processo di fabbricazione stesso. In tal modo si è cercato di accelerare lo sviluppo delle celle e il processo legato alla ricerca e innovazione, nonché di ottimizzare la progettazione e la funzionalità di tali celle. «Attualmente, le imprese devono far fronte a costi di laboratorio e personale significativi per migliorare la progettazione delle celle e il processo di fabbricazione delle batterie», dichiara Ayerbe. «In tal senso, DEFACTO ha implementato un metodo multidisciplinare che combina attività di laboratorio, prototipazione e modelli multifisica multiscala per accelerare la catena del processo di fabbricazione delle celle per batterie.» Il progetto ha inoltre contribuito alla standardizzazione delle procedure di misurazione, alla creazione di nuove opportunità commerciali e al miglioramento della competitività in termini industriali. Le simulazioni computazionali convalidate aiuteranno nella preparazione su misura di nuove progettazioni ottimali di celle, nell’ottimizzazione dei passaggi produttivi di lavorazione dell’elettrodo e riempimento dell’elettrolita, nonché nell’elaborazione di nuovi materiali della generazione 3b.
Una nuova batteria ad alta capacità basata su celle agli ioni di litio della generazione 3b
DEFACTO si è avvalso di due tecnologie di celle per il mercato automobilistico: la prima è una cella commerciale NMC622/G presa dal portafoglio di prodotti di uno dei partner del progetto, mentre la seconda è un prototipo di ultima generazione, NMC-811/G-Si. La composizione chimica delle celle è ciò a cui il mercato si interessa con maggiore intensità. In termini di previsioni di mercato, si prevede un’adozione diffusa dei catodi NMC-811 nel settore commerciale dei veicoli elettrici dopo il 2025. «L’approccio di DEFACTO ha consentito di sviluppare una nuova batteria ad alta capacità ed elevata tensione basata su celle agli ioni di litio della generazione 3b», spiega Ayerbe. «In tal modo abbiamo migliorato la comprensione dei meccanismi multiscala e delle loro interazioni, riducendo le risorse di ricerca e sviluppo delle celle e sbloccando così l’industria manifatturiera europea delle celle guidata dall’innovazione in Europa.» Contribuendo allo sviluppo della prossima generazione di batterie ad alta capacità ed elevata tensione basate su celle agli ioni di litio, che rappresentano la principale fonte di energia per le batterie dei veicoli elettrici, il progetto ha consentito di accelerare lo sviluppo delle celle e il processo di ricerca e innovazione. DEFACTO è impegnato nell’ottimizzazione della progettazione e della funzionalità delle celle. «L’elaborazione del flusso di lavoro targato DEFACTO, che replica i principali passaggi produttivi delle celle, quali la lavorazione dell’elettrodo e il riempimento dell’elettrolita, e ne prevede successivamente le prestazioni e l’invecchiamento, darà un forte impulso allo sviluppo della prossima generazione di batterie agli ioni di litio», conclude Ayerbe.
Parole chiave
DEFACTO, cella per batterie, ioni di litio, veicolo elettrico, EV, elettrodo, catodo, trasporti
