Dai ricercatori del Fraunhofer IWS un nuovo metodo di produzione di batterie elettriche più sostenibile e scalabile

Un team di ricercatori dell’Istituto Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS di Dresda ha sviluppato DRYtraec, un metodo rivoluzionario che consente di produrre elettrodi per batterie in modo economico ed ecologico.

Per questa tecnologia pionieristica i ricercatori hanno ricevuto il premio Joseph von Fraunhofer per il 2025, un assegno da 50.000 euro che Fraunhofer-Gesellschaft assegna ogni anno (dal 1978) ai suoi dipendenti che si sono segnalati per i risultati scientifici ottenuti nello sviluppo di soluzioni per problemi applicativi.

La sfida della produzione di batterie e l’innovativa soluzione DRYtraec

La mobilità elettrica sta facendo passi da gigante in Germania e in tutta Europa. Per ottenere un ulteriore slancio sarà necessario aumentare la capacità di produzione di celle per batterie. I metodi di produzione dovranno inoltre consumare poca energia ed essere molto meno costosi.

Componente fondamentale di ogni batteria, gli elettrodi sono normalmente costituiti da una lamina metallica con un sottile rivestimento. Questo rivestimento contiene i componenti attivi responsabili dell’accumulo di energia.

Il team di ricercatori, guidati da Benjamin Schumm, Holger Althues e Stefan Kaske ha sviluppato DRYtraec (dry transfer electrode coating), un nuovo metodo di produzione di celle per batterie che non utilizza i solventi tossici altrimenti tipici ed elimina l’essiccazione degli strati di elettrodi, costosa e ad alto consumo energetico.

“Il processo di rivestimento convenzionale utilizza un metodo chimico a umido che applica il cosiddetto slurry”, spiega Schumm, responsabile del dipartimento Particle Technology del Fraunhofer IWS.

“La tecnologia DRYtraec consente di produrre uno strato di elettrodi direttamente da una miscela secca composta da materiale attivo, nerofumo conduttivo e leganti”, aggiunge.

A differenza del metodo convenzionale con l’impasto, non vengono utilizzati solventi. Una speciale unità di calandratura genera forze di taglio in una fessura tra i rulli chiamata nip, ancorando meccanicamente le particelle di materiale attivo e di nerofumo conduttivo e facendo sì che il legante formi delle fibrille, un processo noto come fibrillazione.

Sostenuto dai rulli della calandra, il risultato è uno strato di elettrodi completamente asciutto, eliminando la fase di essiccazione, che richiede molta energia e occupa molto spazio.

È possibile anche il rivestimento su entrambi i lati in un’unica fase, grazie al trasferimento diretto di entrambi i lati sulla lamina del collettore di corrente. Gli elettrodi DRYtraec prodotti senza solventi mostrano prestazioni e stabilità eccezionali, senza alcun inconveniente rispetto agli elettrodi a base di slurry.

Tecnologia brevettata con un grande potenziale per il futuro

Il metodo e l’approccio scientifico unici rappresentati dal processo di trasferimento a secco su rulli riducono al minimo i rischi di produzione, facilitando al contempo la scalabilità verso 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 R&S che offre ai clienti dell’industria un’ampia gamma di opzioni, dalla sperimentazione al trasferimento all’uso commerciale, lungo tutta la catena del valore. Ora che abbiamo concesso in licenza la tecnologia a un’azienda leader dell’industria automobilistica europea, stiamo aprendo la strada a un’ulteriore scalata fino alla produzione di massa”, spiega Althues, responsabile del dipartimento Battery Materials del Fraunhofer IWS.

Il metodo DRYtraec è adatto anche alle importanti tecnologie di batterie del futuro, come quelle agli ioni di sodio e allo stato solido. Per questi sistemi di celle è stata dimostrata la capacità di produrre elettrodi “drop-in”.

“Abbiamo realizzato questo processo per la prima volta per gli elettrodi delle batterie agli ioni di litio e ora lo abbiamo adattato anche alle batterie al litio-zolfo e allo stato solido. Queste ultime saranno sempre più importanti in futuro, ma le prestazioni dei materiali soffrono con il trattamento chimico a umido. Con DRYtraec, offriamo un approccio promettente con il doppio dei vantaggi”, spiega Kaskel, Technology Field Manager per la tecnologia delle batterie presso il Fraunhofer IWS.

Gli altri progetti premiati

Il progetto DRYtraec è stato uno dei progetti premiati da e Fraunhofer-Gesellschaft, insieme a:

• JPEG XS, un formato di compressione delle immagini all’avanguardia e orientato al futuro che trasferisce immagini di alta qualità con una latenza minima, un basso utilizzo di risorse e una qualità delle immagini quasi priva di perdite
• AloX, un sistema di misurazione, basato sugli ultrasuoni, che è in grado di rilevare le inclusioni esistenti nell’alluminio non solo in modo affidabile, ma anche rapido e a basso costo
• PreCare, una piattaforma sanitaria flessibile e modulare che può essere installata sul pianale di un furgone

Ciascun progetto ha ricevuto un premio di 50.000 euro.