Batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni grazie a una catena di strumenti per la modellizzazione
Le batterie agli ioni di litio hanno rivoluzionato l’energia sostenibile, diventando la fonte energetica più comune per varie applicazioni, tra cui le automobili elettriche. Questa preferenza è principalmente dovuta a vantaggi quali elevata densità energetica, lunga durata, bassi tassi di autoscarica e alta efficienza di ricarica. Al fine di accelerare ulteriormente lo sviluppo di batterie agli ioni di litio in grado di offrire una maggiore densità energetica, un gruppo di ricercatori europei ha concepito una catena di strumenti per la modellizzazione nell’ambito del progetto MODALIS2, finanziato dall’UE e implementato da un consorzio di 15 partner. Forti della propria esperienza in qualità di utenti di strumenti per la simulazione delle batterie, i membri hanno offerto preziosi indizi per migliorare le funzionalità di questa catena di strumenti, sostenendo in modo migliore gli attori del settore industriale e aiutandoli ad affrontare alcune delle sfide cui devono far fronte. «Disporre di una catena di strumenti per la modellizzazione esaustiva è essenziale per gestire tutti i meccanismi pertinenti, dal livello molecolare e quello cellulare all’integrazione finale nel sistema completo. Avvalendosi di questa soluzione, l’industria ha la possibilità di integrare materiali nuovi e innovativi nelle proprie cellule per batterie agli ioni di litio di prossima generazione», spiega Martin Petit, il coordinatore del progetto.
Alla guida della prossima generazione di batterie 3b e 4b
Per il settore della mobilità il fulcro dell’attenzione è la composizione chimica delle batterie, e in particolare di quelle a stato liquido (generazione 3b) e a stato solido (generazione 4b). Secondo Petit, la generazione 3b è in grado di incrementare la capacità degli elettrodi positivi e negativi, mentre la generazione 4b ricorre all’impiego di elettroliti allo stato solido allo scopo di migliorare la sicurezza e agevolare l’uso del litio metallico per l’elettrodo negativo. La catena di strumenti per la modellizzazione di MODALIS2 fornisce uno strumento efficace per la comprensione dei vantaggi e degli inconvenienti associati ai nuovi materiali, nonché della potenziale affidabilità delle batterie costruite utilizzando gli stessi. «MODALIS2 offre un certo grado di flessibilità in relazione ai processi di sviluppo della cella e della batteria, consentendo di elaborare soluzioni efficaci alle sfide legate alla progettazione», spiega Petit. Il coordinatore osserva inoltre che l’approccio di modellizzazione è concepito allo scopo di ridurre il processo per tentativi ed errori, dispendioso in termini di tempo e denaro. Per esempio, la catena di strumenti per la modellizzazione consente un’integrazione più rapida di materiali nuovi e innovativi nelle celle per batterie agli ioni di litio di prossima generazione, permettendo la realizzazione di veicoli elettrici affidabili, efficienti ed efficaci in termini di costi.
Comprendere i benefici e le limitazioni dei nuovi materiali
MODALIS2 ha affrontato le sfide associate agli effetti meccanici generati dalle batterie. Secondo Petit le tecnologie e i materiali emergenti per le batterie, come ad esempio gli elettrodi negativi a base di silicio e gli elettroliti a stato solido, presentano notevoli fenomeni di guasto indotti meccanicamente. «Ciò può comprendere meccanismi di degradazione graduale, quale l’invecchiamento, o casi di guasto critico, come la crescita dendritica che porta a episodi di cortocircuito», osserva. Gli strumenti di modellizzazione sviluppati da MODALIS2 sono stati integrati in un software ampiamente utilizzato e disponibile in commercio. Produttori di materiali, di celle e di apparecchiature originali, che sono stati formati nell’impiego di questi strumenti, hanno fornito il proprio riscontro, consentendo la realizzazione di un’unica piattaforma di modellizzazione che abbraccia tutti i processi di sviluppo delle principali parti interessate presenti nella catena del valore. Questa nuova catena di strumenti è in grado di accelerare l’adozione dei veicoli elettrici permettendo ai soggetti industriali di produrre la prossima generazione di celle per batterie agli ioni di litio in maniera più efficiente, il che spianerà la strada all’aumento delle prestazioni offerte dai veicoli elettrici.
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