La mobilità elettrica sta facendo grandi passi avanti in Germania e in tutta Europa e un ulteriore slancio richiederà un ampliamento della capacità produttiva per le celle delle batterie.
I metodi di produzione dovranno inoltre consumare poca energia ed essere molto meno costosi. Un team di ricercatori del Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS di Dresda ha sviluppato DRYtraec, un metodo rivoluzionario che consente la produzione di elettrodi per batterie a costi contenuti ed ecocompatibile.
Per questa tecnologia pionieristica, i ricercatori hanno ricevuto il Premio Joseph von Fraunhofer per il 2025 durante l’assemblea annuale di Fraunhofer.
Con la nuova tecnologia di trasferimento a secco DRYtraec, gli elettrodi delle celle di accumulo di energia sono rivestiti con una pellicola secca anziché con prodotti chimici liquidi.
In un momento in cui i veicoli elettrificati e gli accumulatori di energia fissi svolgono un ruolo chiave nel futuro climaticamente neutro del settore energetico, la produzione sostenibile di batterie agli ioni di litio è essenziale. Un team di ricercatori guidato da Benjamin Schumm, Holger Althues e Stefan Kaskel ha sviluppato DRYtraec (rivestimento per elettrodi a trasferimento a secco), un nuovo metodo di produzione di celle per batterie che non utilizza nessuno dei solventi tossici altrimenti tipici ed elimina l’essiccazione degli strati degli elettrodi, costosa e ad alto consumo energetico.
La sfida della produzione di batterie e l’innovativa soluzione DRYtraec
Componenti chiave di qualsiasi batteria, gli elettrodi sono normalmente costituiti da una lamina metallica ricoperta da un sottile rivestimento. Questo rivestimento contiene i componenti attivi responsabili dell’accumulo di energia.
Il processo di rivestimento convenzionale utilizza un metodo chimico a umido che applica la cosiddetta poltiglia – spiega Schumm, responsabile del dipartimento di Tecnologia delle Particelle presso il Fraunhofer IWS. La tecnologia DRYtraec consente di produrre uno strato di elettrodo direttamente da una miscela secca composta da materiale attivo, nerofumo conduttivo e leganti.
A differenza del metodo convenzionale a poltiglia, non vengono utilizzati solventi. Una speciale calandra genera forze di taglio in una fessura tra i rulli, chiamata “nip”, ancorando meccanicamente le particelle di materiale attivo e il nerofumo conduttivo, causando la formazione di fibrille nel legante, un processo noto come fibrillazione. Grazie al supporto dei rulli della calandra, si ottiene uno strato di elettrodo completamente asciutto, eliminando la fase di essiccazione, che richiede molta energia e occupa molto spazio. È possibile anche il rivestimento bifacciale in un unico passaggio, trasferendo direttamente entrambi i lati al foglio del collettore di corrente. Gli elettrodi DRYtraec, prodotti senza solventi, offrono prestazioni e stabilità eccezionali, senza alcun inconveniente rispetto agli elettrodi a slurry.
DRYtraec: tecnologia brevettata con un ampio potenziale per il futuro
L’esclusivo metodo e approccio scientifico rappresentato dal processo di trasferimento del film secco a rulli riduce al minimo i rischi di produzione, facilitando al contempo l’espansione su larga scala per larghezze di rivestimento maggiori e velocità di processo più elevate.
Il primo prototipo di sistema al mondo è stato progettato e costruito nel 2013 e da allora la tecnologia è in costante evoluzione. Il sistema consente il controllo continuo del processo e la produzione di elettrodi di alta qualità in un processo roll-to-roll.
Per DRYtraec, abbiamo realizzato una piattaforma di ricerca e sviluppo che offre ai clienti del settore un’ampia gamma di opzioni, dai test al trasferimento all’uso commerciale, lungo tutta la catena del valore. Ora che abbiamo concesso in licenza la tecnologia a un’azienda leader nel settore automobilistico europeo, questo apre la strada a un’ulteriore espansione fino alla produzione di massa – spiega Althues, responsabile del reparto Materiali per Batterie presso Fraunhofer IWS.
Il metodo DRYtraec è adatto anche per le importanti tecnologie di batterie del futuro, come le batterie agli ioni di sodio e allo stato solido. La capacità di produzione di elettrodi “drop-in” è stata dimostrata per questi sistemi di celle.
Kaskel, Technology Field Manager Battery Technology presso Fraunhofer IWS, spiega:
Abbiamo inizialmente realizzato questo processo per gli elettrodi nelle batterie agli ioni di litio e ora lo abbiamo adattato anche alle batterie litio-zolfo e allo stato solido. Queste saranno sempre più importanti in futuro, ma le prestazioni dei materiali risentono della lavorazione chimica a umido. Con DRYtraec, offriamo un approccio promettente con vantaggi doppi.
La tecnologia brevettata DRYtraec, ormai affermata come metodo standard di rivestimento a secco, consolida il ruolo di Fraunhofer IWS come fornitore leader di R&S in questo campo. In questo modo, Fraunhofer contribuisce in modo cruciale a salvaguardare lo status della Germania come polo produttivo automobilistico e a sottolineare l’importanza della tecnologia di produzione come chiave per la creazione di valore nella trasformazione della mobilità.
Reasearch News: Energy Transition — Sustainable, Low-Cost Batteries for the Electric Vehicles of Tomorrow
Source: Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS
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