6 marzo 2025 agvs-upsa.ch – Con l'ambizioso obiettivo di migliorare le batterie per le auto elettriche, nel 2020 è stato avviato il progetto quadriennale dell'UE Sense, sotto la direzione dell'Empa. In effetti, gli undici team della ricerca e dell'industria sono riusciti a sviluppare la batteria agli ioni di litio di nuova generazione: maggiore densità energetica, bilancio ambientale più favorevole, migliore capacità di ricarica rapida ed economicità.


L'obiettivo di Sense, composto da undici team, era trovare soluzioni per le batterie agli ioni di litio di nuova generazione. Foto: Coventry University

pd. Dopo il 2035, in Europa non dovrebbero più essere vendute nuove auto con motori a combustione. Per raggiungere questo ambizioso obiettivo, sono necessarie soprattutto batterie migliori, in modo che le auto elettriche possano essere ricaricate più velocemente, percorrere distanze più lunghe e avere un'impronta ecologica più piccola. Numerosi grandi progetti di ricerca stanno aiutando l'industria delle batterie e automobilistica a sviluppare le batterie del futuro. Uno di questi, un progetto «Orizzonte 2020» chiamato Sense, si è concluso con successo all'inizio del 2024.

Il progetto quadriennale dell'UE, con un budget totale di oltre dieci milioni di euro, è stato avviato e guidato dai ricercatori del laboratorio «Materiali per la conversione dell'energia dell'Empa.» Al momento del bando, il laboratorio relativamente giovane era ancora poco conosciuto nel campo della ricerca sulle batterie. Il responsabile del laboratorio, Corsin Battaglia, sapeva che per far parte di un progetto europeo sulle batterie lui e i suoi ricercatori avrebbero dovuto crearne uno da soli. Ci sono riusciti: Battaglia e il suo collaboratore Ruben-Simon Kühnel sono riusciti a coinvolgere istituzioni accademiche e aziende industriali di tutto il mondo e hanno vinto il bando.

Tecnologie per oggi
L'obiettivo di Sense era pragmatico e ambizioso allo stesso tempo. Gli undici team volevano trovare soluzioni per le batterie agli ioni di litio di prossima generazione, la prossima, sottolinea Battaglia, e non quella successiva. In altre parole: una volta completato il progetto, i materiali e le tecnologie sviluppati dovevano essere il più possibile vicini alla produzione su scala industriale e quindi all'uso nelle auto elettriche. «Stiamo anche facendo ricerca sulle tecnologie delle batterie che potrebbero essere molto migliori delle batterie agli ioni di litio: più sostenibili, più sicure e con una maggiore densità energetica», afferma Battaglia. «Ma ci vorranno ancora alcuni anni prima che possano essere prodotte industrialmente. In Sense volevamo sviluppare tecnologie che potessero essere installate sulle auto elettriche in pochi anni».


I materiali e le tecnologie sviluppati saranno utilizzati per la produzione industriale e quindi per l'impiego nelle auto elettriche. Foto: FPT Motorenforschung AG

A tal fine, in soli quattro anni i membri del progetto hanno attraversato quasi l'intera catena del valore della produzione di batterie: dallo sviluppo di nuovi materiali alla loro scalabilità fino all'integrazione nelle celle delle batterie. Le celle, grandi circa quanto uno smartphone, sono state prodotte dall'Austrian Institute of Technology (AIT). FPT Motorenforschung AG, il centro di innovazione del marchio FPT Industrial, che fa parte del gruppo Iveco, è stato quindi in grado di installarle in un modulo pronto all'uso, come quello installato in un veicolo elettrico, insieme all'elettronica e al software associati.

Ulteriore sviluppo di tutti i componenti
Il modulo Sense presenta alcuni miglioramenti rispetto alle batterie attuali: una maggiore densità energetica e un impatto ambientale più favorevole, una migliore capacità di ricarica rapida e una maggiore sicurezza antincendio - e, naturalmente, un'elevata redditività. Tutti i componenti principali della batteria sono stati ulteriormente sviluppati. Il catodo contiene solo la metà della materia prima critica cobalto rispetto alle batterie attuali. Nell'anodo, i team di progetto sono riusciti a sostituire parte della grafite - anch'essa classificata come critica proprio a causa della produzione di batterie - con silicio, uno degli elementi più comuni nella crosta terrestre.

Anche l'elettrolita, il liquido che trasferisce gli ioni tra gli elettrodi e quindi consente la carica e la scarica della batteria, è stato migliorato. In questo caso, i ricercatori dell'Empa hanno avuto un ruolo guida. «Gli elettroliti convenzionali sono infiammabili», spiega il ricercatore dell'Empa Kühnel. «Siamo riusciti a ridurre notevolmente la combustibilità con l'aggiunta di determinati additivi, senza compromettere la conduttività, che è fondamentale per una ricarica e una scarica rapide». Per migliorare ulteriormente la capacità di ricarica rapida, la Coventry University del Regno Unito ha inoltre sviluppato un sofisticato sistema di gestione della temperatura per il modulo pilota in collaborazione con FPT Motorenforschung AG. I sensori integrati direttamente nelle celle monitorano la temperatura all'interno della batteria in tempo reale. Un algoritmo sviluppato appositamente può quindi caricare la cella sempre alla stessa velocità in modo che non venga danneggiata dal surriscaldamento.

Battaglia e Kühnel citano la scalabilità e il trasferimento diretto all'industria come il più grande successo del progetto. Le aziende industriali coinvolte sono state in grado di registrare diversi brevetti per i nuovi sviluppi di Sense, costruire impianti di produzione pilota e garantire finanziamenti da parte degli investitori, nonché integrare le conoscenze acquisite in ulteriori tecnologie delle batterie. L'azienda chimica Huntsman ha persino già lanciato sul mercato l'additivo conduttivo utilizzato negli elettrodi Sense, che ora è a disposizione dei produttori di batterie.


Le celle, grandi circa quanto uno smartphone, sono prodotte dall'Austrian Institute of Technology (AIT). Foto: Coventry University

Il prossimo passo
Il percorso verso il successo non è stato privo di ostacoli. Oltre alle grandi sfide organizzative dovute alla pandemia, alle catene di approvvigionamento instabili e all'aumento dei prezzi delle materie prime e dell'energia, ci sono state anche difficoltà tecniche. Ad esempio, le celle prototipo non sono ancora stabili come vorrebbe il team del progetto. Anche il ridimensionamento, sebbene riuscito, è ancora lungi dall'essere completato. «Abbiamo scalato tutti i nuovi sviluppi dal laboratorio alla scala pilota», afferma Battaglia. «Per la produzione in una cosiddetta gigafactory, ad esempio del nostro partner di progetto Northvolt, con una capacità produttiva annuale di diversi gigawattora di batterie, l'intera produzione di materiale dovrebbe essere nuovamente scalata di un fattore 1000». Per questo è necessario il coinvolgimento dell'industria.

Nel frattempo, i ricercatori dell'Empa si stanno già dedicando al prossimo progetto europeo sulle batterie. Sense aveva infatti tre progetti gemelli finanziati nello stesso bando. «Abbiamo fondato un cluster per la ricerca sulle batterie e ci scambiamo regolarmente informazioni», afferma Kühnel. I coordinatori dei quattro progetti hanno ora lanciato un progetto di ricerca comune «Horizon Europe» chiamato Intelligent. L'obiettivo: lo sviluppo di celle ad alta tensione senza cobalto per auto elettriche.


Le celle sono state poi integrate in un modulo pronto all'uso, come quello installato in un veicolo elettrico, insieme all'elettronica e al software associati. Foto: FPT Motorenforschung AG

Il progetto Sense
Il progetto Horizon 2020 Sense (scritto in modo corretto «SeNSE») aveva l'obiettivo di sviluppare la prossima generazione di batterie agli ioni di litio e di rafforzare l'industria europea delle batterie. Il progetto quadriennale è stato sostenuto dall'UE con dieci milioni di euro ed è stato guidato dall'Empa. Hanno partecipato le istituzioni accademiche dell'Università di Münster, l'Istituto Helmholtz di Münster, l'Università britannica di Coventry, l'AIT Austrian Institute of Technology e il Centro per la ricerca sull'energia solare e l'idrogeno del Baden-Württemberg (ZSW), nonché diversi partner industriali: il produttore svedese di batterie Northvolt, il centro di innovazione svizzero di FPT Industrial, FPT Motorenforschung AG, le start-up francesi Solvionic ed Enwires e il gruppo chimico Huntsman, con sede di ricerca a Basilea.