Batteria al silicio: 83% di capacità dopo 1.000 cicli

Carica, scarica, ripeti: dopo 1.000 cicli, le celle a sacchetto ricche di silicio di Fraunhofer ISE conservavano ancora oltre l'83% della capacità originaria. L'istituto riferisce il risultato di celle da 25 Ah realizzate nella sua camera bianca di Friburgo, in Germania, su una linea di produzione semiautomatica con fogli di elettrodi disponibili in commercio.

Le celle abbinano un anodo silicio-carbonio e grafite a un catodo NMC (nichel-manganese-cobalto) ricco di nichel. Il composito silicio-carbonio rappresenta il 51% del materiale attivo dell'anodo. Gli anodi hanno raggiunto più di 1.000 mAh/g, una misura di quanta carica il materiale trattiene per grammo. La durata nei cicli è l'ostacolo che ha tenuto il silicio fuori dalla produzione di massa e Lukas Dold, responsabile del team per la tecnologia dei materiali per batterie e la loro scalabilità presso Fraunhofer ISE, ha affermato che più di 1.000 cicli con una ritenzione di almeno l'80% sono considerati un importante obiettivo di prestazione.

Le celle hanno raggiunto 280 Wh/kg a livello di cella, un valore misurato nel formato di ricerca PrecISE non ottimizzato dell'istituto. Dold ha detto che un formato a sacchetto ottimizzato per l'industria dovrebbe raggiungere circa 330 Wh/kg. Si tratta di una previsione, non di una misura, e l'istituto non indica una data.

La pressione si è rivelata determinante. Le celle sono state sottoposte a cicli a due pressioni di contatto assiali, 300 kPa e 1.000 kPa, e il dato dell'83% vale solo per le celle a 1.000 kPa. A 300 kPa, Marc Kissling, responsabile del gruppo per la produzione di celle e la valutazione tecnologica, ha affermato che la capacità utilizzabile è calata sensibilmente più in fretta, soprattutto durante il funzionamento a 1C, cioè la carica o la scarica dell'intera capacità in un'ora. Fraunhofer ISE non ha pubblicato un dato di ritenzione per queste celle. Ha inoltre rilevato che, con l'invecchiamento delle celle, la capacità misurata a basse velocità di scarica si discostava da quella disponibile durante i normali cicli a 1C, ed è per questo che l'istituto sostiene che le reali condizioni operative vadano valutate insieme alla ritenzione.

Per i costruttori di auto, gli operatori della rete elettrica e le aziende aerospaziali, la promessa è una batteria che immagazzina più energia a parità di massa. I partner indicano come obiettivo l'accumulo stazionario del surplus di energia solare ed eolica, oltre alla mobilità elettrica e all'aerospazio. Il progetto StrOboBatt, guidato da PCC Thorion con Fraunhofer ISE, Glatt Ingenieurtechnik, LG Chem Europe, E-Lyte Innovations e UniverCell Holding, è previsto per una durata di tre anni e ha ricevuto 2,6 milioni di euro di finanziamenti federali. Fraunhofer ISE sostiene inoltre che i compositi silicio-carbonio potrebbero ridurre la dipendenza mondiale dalla grafite e spostare parte della catena del valore delle materie prime verso l'Unione europea. Questi vantaggi dipendono dall'arrivo del formato industriale a 330 Wh/kg e dalla tenuta delle celle al di fuori di una camera bianca, circostanza che l'istituto non ha ancora dimostrato.