Additivi al carbonio conduttivo più sostenibili per le batterie agli ioni di litio
Partnership innovativa: ricerca, industria e start-up per le batterie verdi
Gli additivi conduttivi sostenibili e di alta qualità per le batterie agli ioni di litio sono una delle chiavi della mobilità elettrica in Europa. In vista della crescente domanda di batterie ricaricabili dovuta alla transizione verso i veicoli elettrici e le energie rinnovabili, lo sviluppo di materiali innovativi e rispettosi dell'ambiente è di fondamentale importanza. Il progetto congiunto HiQ-CARB, finanziato dall'Unione Europea/EIT RawMaterials, negli ultimi quattro anni ha compiuto un importante passo avanti in questa tecnologia chiave per la riduzione delleemissioni di CO2 .
L'industria europea delle batterie ha bisogno di materiali sostenibili che soddisfino i crescenti requisiti di prestazione e riducano al minimo l'impatto ambientale della produzione e dell'uso delle batterie. Il progetto di ricerca HiQ-CARB mira a ridurre la quantità di additivi conduttivi necessari negli elettrodi delle batterie, combinando nanotubi di carbonio (CNT) e nero di carbonio-acetilene a basso consumo di risorse, ottenuti da materie prime rinnovabili, e a ridurre la loro impronta di carbonio. Ciò consente di risparmiare sui costi e, allo stesso tempo, di migliorare le prestazioni elettrochimiche delle batterie. I neri di carbonio conduttivi comunemente utilizzati come additivi conduttivi nella produzione di elettrodi per batterie sono di origine fossile e hanno quindi un'impronta diCO2 sfavorevole. Il progetto HiQ-CARB ha beneficiato di un consorzio eterogeneo che ha contribuito con competenze e risorse uniche. Sono stati raggiunti progressi significativi nella sostenibilità e nelle prestazioni delle batterie agli ioni di litio. La combinazione di nero di acetilene e nanotubi di carbonio ha ridotto la quantità di additivi necessari, dando vita a batterie economiche e ad alte prestazioni.
Risorse sostenibili ed efficienza dei materiali per un minore impatto ambientale
Il lavoro svolto finora dal progetto ha incluso lo sviluppo della composizione più efficace per i nuovi additivi conduttivi, l'aumento dei processi produttivi, valutazioni complete dei materiali e un'analisi del ciclo di vita (LCA) condotta dall'Università di Bordeaux. La collaborazione con partner come l'Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC, l'Università di Aalto e la start-up di batterie CustomCells Itzehoe GmbH è stata fondamentale per valutare i materiali sia in laboratorio che su scala pilota, per garantirne l'idoneità alle applicazioni pratiche.
Oltre a incrementare la produzione di carbonio, valutare i materiali e formare gli specialisti, i partner del progetto sono stati incaricati di sviluppare una strategia di mercato per trasferire le conoscenze acquisite all'applicazione industriale. Tra i materiali chiave figurano le particelle di nerofumo conduttivo a base di acetilene prodotte dalla società ORION S. A. e i CNT a risparmio di risorse prodotti dalla società ARKEMA. Entrambi i materiali possono essere prodotti in quantità considerevoli, da alcuni decimi di tonnellate a migliaia di tonnellate, e sono stati valutati dai partner in termini di proprietà e impatto ambientale quando vengono utilizzati nei materiali delle batterie.
Una prova di successo: nuovi additivi con una minore impronta diCO2 possono essere integrati nella produzione
La combinazione di additivi al carbonio consente di migliorare le conduttività ottenibili e quindi di ridurre la quantità totale richiesta negli elettrodi delle batterie, contribuendo a creare batterie agli ioni di litio più leggere, economiche e potenti. Il partner del progetto CustomCells ha messo a disposizione i suoi impianti di produzione per utilizzare i nuovi additivi direttamente nella produzione delle batterie, al posto del nerofumo conduttivo a base fossile utilizzato in precedenza.
"Gli additivi HiQ-CARB a base di carbonio sono stati facilmente integrati nei nostri processi di produzione esistenti senza alcuna modifica significativa. Abbiamo ottenuto modelli di rivestimento molto omogenei, che ci hanno convinto della loro qualità", riferisce il partner del progetto Jan Majchel di CustomCells. "In qualità di produttore di batterie con sede in Germania, CustomCells sostiene l'idea di un panorama di batterie innovative in Europa con componenti importanti provenienti dalla regione. Siamo felici delle nuove opportunità create da HiQ-CARB".
Come le "batterie verdi" beneficiano dei risultati di HiQ-CARB
La produzione di nero di acetilene è stata portata a oltre 3.000 tonnellate e sono stati sviluppati nanotubi di carbonio più sottili per soddisfare le esigenze industriali. Ciò ha creato le basi per una produzione di elettrodi per batterie più rispettosa dell'ambiente. Utilizzando le nuove miscele di additivi al carbonio conduttivi e più rispettosi dell'ambiente, i partner del progetto Fraunhofer ISC e Aalto University hanno sviluppato ricette per materiali catodici "ad alta energia" e "ad alta potenza" e li hanno trasformati nei catodi corrispondenti. La valutazione su scala di laboratorio ha mostrato buoni risultati e, soprattutto, chiari vantaggi rispetto agli additivi conduttivi convenzionali.
È stata delineata una chiara tabella di marcia per la futura produzione di additivi al piombo più rispettosi del clima e di celle per batterie prodotte con essi. Il trasferimento delle formulazioni ottimizzate dei catodi a CustomCells garantisce la sperimentazione e la potenziale commercializzazione di queste innovazioni.
L'esame completo degli studi di analisi del ciclo di vita (LCA) condotti dall'Università di Bordeaux ha rivelato che la produzione del nero di acetilene di ORION ha un potenziale di riscaldamento globale di soli 1,5 kg diCO2 equivalente per chilogrammo (per gli esperti: principalmente dovuto alle emissioni dell'ambito 3). Con 3,5-3,9 kg diCO2 equivalente per chilogrammo, l'ecobilancio del nero carbone prodotto in modo convenzionale è significativamente più alto. Questi risultati sottolineano la necessità di metodi di produzione più sostenibili.
Il progetto ha inoltre sostenuto la formazione di specialisti nella catena del valore delle batterie agli ioni di litio.
In sintesi, il progetto HiQ-CARB ha dato un contributo significativo alla promozione di pratiche sostenibili nell'industria delle batterie agli ioni di litio. Lo sviluppo e la commercializzazione di additivi conduttivi innovativi non solo migliora le prestazioni delle batterie, ma getta anche le basi per un ecosistema produttivo di batterie più ecologico ed economicamente sostenibile in Europa. I partner sono determinati a superare le sfide rimanenti e a garantire il successo dell'introduzione di queste innovazioni sul mercato.
I partner
- Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC, Germania (coordinatore del progetto)
- Università di Aalto, Finlandia
- Gruppo ARKEMA, Francia
- Customcells Itzehoe GmbH, Germania
- Orion S. A., Germania
- Università di Bordeaux, Francia
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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