La quinta generazione di batterie
Concetti innovativi di batterie per la mobilità sostenibile e per rafforzare l'autonomia industriale
Le batterie ad alte prestazioni sono fondamentali per il successo della transizione energetica e dei trasporti. Le batterie agli ioni di litio si sono affermate come la tecnologia più diffusa per l'elettrificazione della mobilità. Tuttavia, nonostante i significativi progressi in termini di densità energetica, prestazioni, sicurezza e riduzione dei costi, si stanno avvicinando ai loro limiti teorici. "Ci troviamo di fronte a una domanda in rapida crescita di accumulo di energia nelle batterie", afferma il ricercatore sui materiali Prof Dr Jürgen Janek dell'Istituto di Chimica Fisica dell'Università Justus Liebig di Giessen (JLU). La sua risposta a questa sfida: la ricerca di nuovi concetti di celle per batterie basate sui cosiddetti sistemi post-litio. Insieme al suo gruppo di lavoro, ricerca soluzioni innovative nel cluster di eccellenza POLiS e nel cluster di ricerca "FestBatt" per le batterie allo stato solido. In futuro, si occuperà anche del necessario ricambio generazionale delle batterie in un'altra rete di ricerca: il progetto congiunto dell'UE TALISSMAN, in cui collabora con partner internazionali su batterie innovative al litio e zolfo per la mobilità sostenibile.
L'Unione Europea (UE) finanzia il progetto TALISSMAN (Technologies for Advanced Lithium-Sulphur batteries towards Safe and Sustainable Mobility Applications) con un totale di circa cinque milioni di euro nell'ambito del programma quadro di ricerca e innovazione "Horizon Europe". Di questi, circa 800.000 euro sono destinati a JLU. Il progetto è guidato dalla FUNDACIÓN CIDETEC in Spagna, con altre istituzioni partner provenienti da Spagna, Germania, Francia e Italia. Il consorzio multidisciplinare è composto da istituti di ricerca e aziende industriali leader.
L'obiettivo del consorzio di ricerca è, da un lato, soddisfare la crescente domanda di batterie ad alta energia, economiche e sicure con soluzioni elettrochimiche innovative che vadano oltre le tradizionali batterie agli ioni di litio. Dall'altro, i ricercatori rafforzeranno l'industria europea delle batterie e contribuiranno all'autonomia industriale dell'UE con batterie al litio-zolfo della cosiddetta quinta generazione.
"La ricerca sulle batterie di Giessen sta ancora una volta svolgendo un ruolo pionieristico nello sviluppo di nuove e diverse tecnologie per le batterie", afferma il presidente della JLU, prof.ssa Katharina Lorenz, e si congratula con il prof. Janek e il suo team per il successo dell'acquisizione del progetto comune. "L'eccezionale lavoro svolto in questo promettente campo di ricerca viene ora premiato dal finanziamento dell'UE: un grande riconoscimento dell'impegno dei nostri scienziati".
Il vantaggio principale delle batterie al litio-solfuro risiede nella loro densità energetica gravimetrica potenzialmente elevata. Queste batterie possono quindi immagazzinare una quantità particolarmente elevata di energia per peso o massa della batteria. Inoltre, lo zolfo è poco costoso e disponibile in grandi quantità. Tuttavia, ci sono anche alcune sfide. Ad esempio, la densità di energia volumetrica è piuttosto bassa, motivo per cui l'uso di batterie al litio-zolfo è particolarmente adatto per applicazioni in cui un peso ridotto della batteria è più importante di un volume ridotto, ad esempio nel settore navale, aerospaziale e aeronautico. Inoltre, il litio metallico è molto reattivo, il che può portare a cambiamenti morfologici all'anodo durante il processo di carica, compromettendo la sicurezza. È qui che entrano in gioco il Prof. Janek e il suo team: In TALISSMAN, stanno sviluppando vari strati intermedi prodotti artificialmente per migliorare la stabilità e le prestazioni delle batterie al litio-solfuro.
Il progetto TALISSMAN inizierà nel luglio 2025 e sarà finanziato per quattro anni.
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