I rapidi progressi della tecnologia delle batterie agli ioni di litio (Li-ion) nell'ultimo decennio si sono rivelati estremamente vantaggiosi per i settori correlati, ovvero i veicoli elettrici (EV) e l'accumulo di energia.
La forza del mercato di queste industrie è strettamente legata alla potenza e alla durata delle batterie agli ioni di litio, in quanto batterie più performanti incentivano l'uso dei veicoli elettrici e la produzione di energia rinnovabile. Grazie a questo stretto legame con il settore, l'impatto dell'innovazione nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio è notevolmente amplificato.
Ecco perché due recenti scoperte, una sviluppata da Tesla e l'altra da HPQ Silicon (un'azienda di materiali in nano silicio con sede in Canada), sono così importanti.
La prima entusiasmante scoperta vede Tesla, in collaborazione con la Dalhousie University, impegnata a migliorare in modo innovativo il numero di cicli di ricarica che le batterie agli ioni di litio possono effettuare. La partnership ha recentemente completato un test su modello che ha permesso di ottenere un impressionante aumento della capacità dei cicli di ricarica.
Batteria Tesla Model S standard da 100 kWh (Forbes)
Il ciclo di vita tipico delle batterie agli ioni di litio varia da 500 a 1500 cicli di ricarica, con una media di circa 1000.
Dimostrando la sua abilità nell'innovazione tecnologica e nell'infrangere le aspettative, Tesla ha sviluppato con successo prototipi di batterie in grado di effettuare fino a 4000 cicli di carica. Quadruplicare l'attuale capacità di ciclo di carica standard degli ioni di litio si tradurrebbe in un enorme aumento della longevità delle batterie agli ioni di litio.
Come accennato in precedenza, questo sviluppo della tecnologia delle batterie agli ioni di litio si ripercuoterebbe sui mercati correlati.
La seconda entusiasmante scoperta nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio è frutto della collaborazione tra HPQ Silicon e il professor Lionel ROUÉ dell'Institut National de Recherche Scientifique (INRS).
Il professor Lionel ROUÉ ha sviluppato un programma scientifico incentrato sullo studio di nuovi materiali elettrodici per varie applicazioni di interesse industriale (batterie, produzione di alluminio, ecc.). Negli ultimi anni, una parte significativa delle sue attività di ricerca è stata dedicata allo studio degli anodi di Si per le batterie agli ioni di litio e allo sviluppo di metodi di caratterizzazione in situ applicati alle batterie. È autore di oltre 150 pubblicazioni, tra cui venti articoli e due brevetti su anodi a base di Si per batterie Li-ion. Per il suo lavoro in questo campo ha ricevuto il Premio Energia dall'Associazione del Quebec per la padronanza dell'energia.
Nell'ambito dei progetti di questa collaborazione con il professor Lionel ROUÉ, sta valutando le prestazioni elettrochimiche di diversi materiali prodotti dal reattore di riduzione al quarzo ("QRR") HPQ PUREVAP™ per le batterie agli ioni di litio.
Oltre a collaborare con il Prof. ROUÉ, HPQ sta lavorando con PyroGenesis Canada Inc.(TSX-V: PYR) per sviluppare il PUREVAP™ Silicon Nano Reactor (SiNR), un nuovo processo proprietario che può utilizzare diverse purezze di silicio (Si) come materia prima, per produrre nanopolveri e nanofili di silicio sferici, necessari ai produttori di batterie agli ioni di litio di prossima generazione, e HPQ sta collaborando con la francese Apollon Solar per utilizzare il loro processo brevettato e sviluppare una capacità di produrre commercialmente wafer di silicio poroso (Si) e polveri di silicio poroso (Si) per batterie allo stato solido e polveri di silicio poroso per batterie agli ioni di litio.
La ricerca suggerisce che la sostituzione dei materiali di grafite con anodi di silicio nelle batterie agli ioni di litio promette un aumento di quasi dieci volte (10x) della capacità specifica dell'anodo, inducendo un guadagno del 20-40% nella densità energetica delle batterie agli ioni di litio.
Un aumento così drastico della densità energetica potrebbe potenzialmente raddoppiare le distanze dei veicoli elettrici tra una carica e l'altra, senza compromettere il peso del veicolo.
Il silicio è un minerale leggero e viene spesso utilizzato in sostituzione dell'acciaio nelle automobili per ridurre il peso dei veicoli e la dipendenza dal gas. Anche l'industria dell'accumulo di batterie vedrebbe le condizioni di mercato migliorare in modo significativo grazie a questa innovazione.
Per arrivare al 100% di energie rinnovabili è necessario uno stoccaggio di energia a basso costo (Shutterstock).
La generazione di energia rinnovabile si basa spesso sull'accumulo di batterie a causa della natura on/off della produzione di energia rinnovabile. Il miglioramento dell'efficienza della tecnologia delle batterie agli ioni di litio ridurrebbe drasticamente il prezzo dell'immagazzinamento dell'energia rinnovabile in eccesso, aumentandone ulteriormente la fattibilità.
I progressi tecnologici nell'accumulo delle batterie agli ioni di litio hanno un impatto unico sull'industria verde, in quanto incrementano contemporaneamente la forza del mercato dei veicoli elettrici e l'industria dell'accumulo di energia.
Le innovazioni descritte da Tesla e HPQ, così come dai rispettivi partner accademici, offrono un'idea di cosa ci riserverà il futuro.
L'aumento massiccio della potenza, dell'efficienza e della longevità delle batterie agli ioni di litio produrrà una miriade di vantaggi per le economie che decideranno di approfittarne, soprattutto nell'era dell'elettrificazione globale. Questi progressi continuano a dimostrare la notevole forza e versatilità del silicio come materiale di produzione e indicano che è in corso una rivoluzione tecnologica dell'accumulo di energia.
HPQ Silicon è un emittente industriale Tier 1 della TSX Venture Exchange con sede in Quebec. Con il supporto dei partner tecnologici di livello mondiale PyroGenesis Canada e NOVACIUM SAS, l'azienda sta sviluppando nuovi processi ecologici fondamentali per la produzione dei materiali critici necessari per raggiungere le emissioni nette zero.
