Panasonic Eyes punta sulle batterie a stato solido, ma non sui veicoli elettrici (ancora)

Così vicino eppure così lontano. Le batterie allo stato solido offrono il premio splendente di una maggiore autonomia, una ricarica più rapida e una durata di vita più lunga insieme a catene di approvvigionamento più sostenibili e maggiore sicurezza per i veicoli elettrici. Panasonic è l’ultimo produttore a stuzzicare la tecnologia oltre il familiare formato a forma di pulsante, ma non trattenere il fiato per quella nuova batteria per veicoli elettrici. L’obiettivo a breve termine dell’azienda è costituito da droni e robot di fabbrica, non da veicoli stradali.

Nel frattempo, però, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti potrebbe aver scoperto qualcosa…

Batterie allo stato solido per droni e robot di fabbrica

Del resto, l’obiettivo a breve termine di Panasonic non è poi così vicino. Secondo diverse notizie riportate all’inizio di questa settimana, la società non prevede la disponibilità commerciale fino al 2029.

Nikkei Asia è tra coloro che sottolineano che alcuni elementi della nuova batteria allo stato solido di Panasonic potrebbero essere applicati ai veicoli elettrici. Tuttavia, per ora l’azienda ha puntato su un obiettivo più modesto.

“La batteria a stato solido di Panasonic ha una capacità energetica molto inferiore rispetto a quelle più avanzate agli ioni di litio dell’azienda, anche se vanta una velocità di ricarica più rapida”, Nikkei Asia osservato. “L’azienda ha anche affermato di aver superato uno dei maggiori punti deboli delle batterie allo stato solido finora: la durata di vita limitata”.

Produzione di massa di batterie a stato solido: qual è il grande ostacolo?

Quindi, se Panasonic può produrre in serie batterie allo stato solido per droni e robot, perché non può raggiungere il livello delle batterie per veicoli elettrici? Dopotutto, secondo Nikkei Asia e da altre fonti, un portavoce di Panasonic ha lasciato intendere che le nuove batterie allo stato solido dell’azienda condividono alcune tecnologie con le tradizionali batterie agli ioni di litio.

Se hai notato quella cosa della produzione di massa, quello è uno dei wicket appiccicosi. Dimostrare la durata del ciclo di vita e altre funzionalità su prototipi realizzati in laboratorio è una cosa. Tradurre la tecnologia in un prodotto producibile in serie con un prezzo razionale è un altro, come dimostrato dalla pletora di stakeholder automobilistici che hanno annunciato batterie a stato solido sulla base di vedere per credere.

Al momento della stesura di questo articolo l’elenco include BMW, Vinfast, Ford, Nissan, GM, Stellantis e Toyota tra molti altri (vedi ulteriori informazioni qui).

Produzione di massa di batterie per veicoli elettrici a stato solido: problema risolto (alla fine)

Come indicato dal nome, le batterie allo stato solido utilizzano un elettrolita solido invece di quello liquido utilizzato nelle batterie per veicoli elettrici convenzionali. Potrebbe essere una benedizione e una maledizione. Un materiale solido e inerte riduce il rischio di infiammabilità praticamente a zero. Tuttavia, non è facile progettare un materiale solido in grado di resistere a migliaia di cicli di ricarica senza rompersi.

Le batterie allo stato solido sono anche più dense di energia, il che è positivo. Tuttavia, una maggiore densità energetica può contribuire a costi più elevati.

In una palese dimostrazione di socialismo dilagante, i soggetti interessati alle batterie del settore privato si sono affidati all’aiuto del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, facendo uso delle profonde tasche dell’agenzia, delle risorse di laboratorio e delle competenze tecniche.

Il Dipartimento dell’Energia ha messo in servizio la sua vasta rete di laboratori nazionali. Ciò include l’Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, che ha implementato le sue apparecchiature analitiche di prossima generazione per studiare la tecnologia dello stato solido. Hanno anche trovato una soluzione nel mondo reale.

“Dopo mesi di risultati promettenti dei test, i ricercatori delle batterie presso l’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia raccomandano che l’industria delle batterie a stato solido si concentri su una tecnica nota come pressatura isostatica mentre cerca di commercializzare le batterie di prossima generazione”, ha riferito il laboratorio. lo scorso marzo.

Puoi ottenere tutti i dettagli sul nuovo metodo di produzione delle batterie per veicoli elettrici dalla rivista Lettere sull’energia ACS sotto il titolo “Il ruolo della pressatura isostatica nella produzione su larga scala di batterie a stato solido.“

Per quelli di voi in movimento, la pressatura isostatica è una sorta di abbraccio chimico, in cui fluidi e gas vengono combinati in un sistema chiuso per applicare una pressione uniforme su una sostanza. In parole povere, è simile alla sinterizzazione, che comporta la compressione (e in genere il riscaldamento) di una polvere in un solido completamente integrato senza doverla prima liquefare.

La tecnica isostatica può essere utilizzata su varie formule di batterie per produrre un elettrolita solido in strati sottili e uniformi.

“Con l’aiuto di un partner industriale che produce questa attrezzatura di pressatura, i ricercatori dell’ORNL hanno scoperto che la pressatura isostatica potrebbe rendere la produzione di batterie più semplice e veloce, creando al contempo condizioni migliori per il flusso di energia”, ha riferito in modo piuttosto misterioso il laboratorio.

Cosa c’è di così bello nella pressatura isostatica?

La pressatura isostatica è comunemente utilizzata per unire vari materiali, comprese le parti stampate in 3D, ma ha ricevuto un’attenzione minima da parte dei ricercatori sulle batterie per veicoli elettrici. Ciò potrebbe cambiare ora che il team di Oak Ridge ha attirato l’attenzione su di esso. Il metodo è indipendente dalla fonte e può essere modificato per adattarsi a un’ampia gamma di materiali per batterie a stato solido.

“Tutti questi materiali hanno i loro vantaggi unici che i ricercatori vorrebbero sfruttare”, spiega il ricercatore di Oak Ridge Marm Dixit. “Ecco perché è importante poter eseguire la pressatura isostatica a qualsiasi temperatura, dalla temperatura ambiente a diverse migliaia di gradi Fahrenheit: significa che puoi utilizzare qualsiasi cosa, dai polimeri agli ossidi, l’intera gamma di materiali.”

Un’altra caratteristica della pressatura isostatica è la possibilità di fondere insieme tutti e tre i componenti di una batteria per veicoli elettrici – anodo, catodo ed elettrolita – in un unico processo.

“La pressatura isostatica sarebbe anche relativamente facile da espandere a livello commerciale – una scoperta che ha attirato un’attenzione significativa mentre le aziende corrono per fornire batterie allo stato solido ai produttori di automobili”, ha osservato il laboratorio.

Prima o poi arriveranno le batterie allo stato solido

I prossimi passi della ricerca di Oak Ridge prevedono ulteriori test per dimostrare che la pressatura isostatica può controllare in modo proattivo la struttura di un elettrolita solido, anziché semplicemente alterarlo.

Se ti stai chiedendo chi sia quel partner misterioso, lo siamo anche noi. Nel frattempo, il Dipartimento dell’Energia non lascia che l’erba cresca sotto i piedi di Oak Ridge. Proprio ieri l’agenzia ha annunciato un fondo di finanziamento di 16 milioni di dollari per la ricerca avanzata sulle batterie, di cui 16 milioni da dividere tra cinque progetti. Ciò include 4 milioni di dollari destinati a Oak Ridge per un progetto chiamato “Produzione di batterie allo stato solido di grande formato, ad alta densità di energia e di lunga durata con elettrolita di ossido”.

“L’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e i partner industriali (Intecells e High-T Tech) svilupperanno un processo scalabile per produrre batterie allo stato solido con catodo LiNixMnyCo1-x-yO2 (x≥0,6, NMC) ed elettroliti a base di ossido, che è intrinsecamente non infiammabile”, ha riferito il Dipartimento dell’Energia.

Se tutto va secondo i piani, il risultato sarà un processo di produzione continuo che integra anodo, catodo ed elettrolita. Per quanto riguarda la scala, il Dipartimento dell’Energia prevede di superare il formato “pulsante”.

Per non aumentare troppo le aspettative, il Dipartimento dell’Energia non chiede migliaia di cicli – per ora. L’obiettivo di questo particolare progetto è più modesto di 500 cicli, a 350 wattora per chilogrammo o più.

La stampa 3D in soccorso

Per la cronaca, Intecells è una startup statunitense che ha sviluppato un sistema avanzato di produzione di batterie che abbandona il metodo convenzionale basato sui liquami a favore della stampa 3D, fornendo la possibilità di progettare batterie in diverse forme.

“Attualmente, la produzione di batterie agli ioni di litio comporta un processo di colata in sospensione in più fasi che richiede elevate quantità di capitale ed energia ma è in grado di produrre solo elettrodi piatti con densità di energia limitata”, osserva l’azienda.

L’altro partner del progetto Oak Ridge, HighT-Tech, ha sviluppato una tecnologia di sinterizzazione ultraveloce ad alta temperatura per la produzione di batterie a stato solido, con particolare attenzione alla tecnologia agli ioni di sodio. Come descritto da HighT, il loro processo UHS affronta una lunga lista di sfide che la produzione a stato solido deve affrontare. Ciò include un risparmio su costi, materiali e tempo rispetto ai sistemi di sinterizzazione convenzionali.

“Per soddisfare le esigenze globali di stoccaggio dell’energia, sono necessari miliardi di metri quadrati di elettroliti allo stato solido. La sinterizzazione tradizionale semplicemente non può soddisfare le esigenze di produzione”. Lo spiega HighT. “La sinterizzazione in forno tradizionale richiede più di 10 ore per raggiungere una densità sufficiente; di conseguenza, è necessario un letto di polvere per evitare il Li [lithium] perdita durante il processo di sinterizzazione prolungato.

Forse non dovremo aspettare ancora a lungo per avere le batterie allo stato solido del futuro. Oltre al premio di 4 milioni di dollari, Oak Ridge sta anche collaborando ad un altro progetto sullo stato solido da 4 milioni di dollari guidato dal National Renewable Energy Laboratory e ad un premio di 3 milioni di dollari sotto l’egida dell’Argonne National Laboratory.

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