Referente: Ing. Antonio Rinaldi

L’accumulo elettrico e, in particolare, le batterie sono un elemento critico della transizione globale verso un’economia decarbonizzata e basata su “energia pulita”, in quanto rappresentano la tecnologia abilitante per rendere sfruttabile l’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili discontinue (per esempio fotovoltaico ed eolico) o accumulare l’energia elettrica prodotta in eccesso.  

L’avvento dei dispositivi a ioni di litio ha dato il via a una corsa sostenuta e pervasiva all’uso di batterie nei settori della mobilità e dell’accumulo stazionario, con un consumo destinato a crescere esponenzialmente nei prossimi decenni. Per soddisfare la domanda è dunque necessario sviluppare nuove batterie ad alte prestazioni, elevato numero di cicli, intrinsecamente sicuri e riciclabili, superando il problema delle batterie a fine vita e consentendo un loro riuso e/o riciclo dei materiali. 

L’obiettivo primario della tematica è la ricerca e sviluppo di materiali e processi per accumulo elettrochimico di energia, inclusi i sistemi stazionari e per la mobilità sostenibile.  

Le principali sfide per sviluppare la “prossima generazione” di batterie vertono sia su sistemi riciclabili a base litio, sia su sistemi di accumulo basati su nuove chimiche, per esempio le batterie sodio-ione.  

Al contempo, tale sviluppo viene perseguito puntando alla sistematica riduzione dei costi, alla riduzione delle materie prime critiche (CRM – critical raw materials) e al riutilizzo delle materie prime seconde.  

Oltre alle batterie, gli obiettivi di indagine riguardano anche lo sviluppo di super-capacitori di nuova concezione per applicazioni di potenza, che rientrano a pieno titolo nella tematica. 

Le attività si concentrano sui materiali, le chimiche e le tecnologie avanzate legate alla batteria di prossima generazione post-litio o oltre-litio, come le batterie sodio-ione (e altri sistemi “metallo-ione” alternativi) e litio-zolfo. L’ambito di ricerca va dal TRL1 al TRL6, da produzioni di sistemi dimostrativi tipo coin-cell fino ai test e validazione su scala prototipale su stack in formato pouch-cell.  

Le attività includono:

• il design, la formulazione e la produzione di dispositivi contenenti elettrodi e elettroliti sostenibili e intrinsecamente sicuri (per esempio elettroliti basati su liquidi ionici ottenuti da sintesi “water-based” o gli elettrodi Co-free e a basso contenuto di CRM)
• le prove di ciclazione e stress test elettrochimico prolungato a bassa potenza
• lo scale-up e l’analisi di fattibilità di sistemi innovativi a basso TRL
• le caratterizzazioni strutturali, microstrutturali e funzionali dei materiali innovativi
• i supercapacitori.