Gli spin-off dell'ETH sviluppano batterie più potenti

Per ridurre al minimo le nostre emissioni di CO₂-Per ridurre le emissioni di carbonio, dobbiamo elettrificare molte aree della vita e immagazzinare l'energia rinnovabile del vento e del sole. Ciò richiede batterie non solo potenti, ma anche riciclabili e sostenibili. Questo perché la rapida crescita della domanda di batterie aumenta anche il fabbisogno di materie prime scarse come il litio. Gli spin-off BTRY e 8inks dell'ETH hanno riconosciuto questo problema e stanno lavorando all'ETH sulla batteria del futuro utilizzando metodi di produzione e processi di fabbricazione innovativi.

Sottile come una pellicola

Le batterie convenzionali agli ioni di litio, come quelle attualmente utilizzate negli smartphone o nei notebook, hanno al loro interno un elettrolita liquido. Questo rende le batterie sensibili alle fluttuazioni di temperatura, il che significa che sono facilmente infiammabili a temperature elevate, ad esempio. Inoltre, le batterie tradizionali richiedono molto tempo per essere ricaricate.

Moritz Futscher e Abdessalem Aribia, i due fondatori di BTRY, hanno quindi sviluppato una batteria allo stato solido composta da strati sottili, in grado di ridurre di molte volte il tempo di ricarica. I due ricercatori hanno rinunciato completamente ai liquidi sia nel processo di fabbricazione che nei componenti della loro batteria. Le batterie a stato solido, come quelle attualmente in fase di sviluppo da parte di BTRY, hanno il grande vantaggio di essere altamente resistenti alle fluttuazioni di temperatura. Possono quindi essere utilizzate sia a temperature molto elevate, ad esempio nei sensori che rilevano le perdite di vapore, sia a temperature molto basse, come quelle che si verificano durante il trasporto dei farmaci.

I collaboratori dello spin-off producono la batteria utilizzando uno speciale processo di rivestimento derivato dalla produzione di semiconduttori. Le celle della batteria, sottili come wafer, vengono impilate l'una sull'altra sotto vuoto. Questo metodo unico consente di caricare rapidamente la batteria finita in circa un minuto. Inoltre, la struttura della batteria promette una durata circa dieci volte superiore a quella di una batteria convenzionale. Gli strati sono così sottili che il prodotto finito, che sembra una pellicola, è più sottile di un capello. "Attualmente stiamo ancora utilizzando macchine su scala di laboratorio per produrre le nostre batterie, che in laboratorio erano grandi come una capocchia di spillo. In circa due anni, tuttavia, vogliamo avviare la nostra produzione pilota in Svizzera e, a lungo termine, diventare un produttore di batterie a livello mondiale", spiega Moritz Futscher. Le batterie saranno utilizzate in tutti i settori: nei sensori dell'Internet delle cose, nell'elettronica di consumo o nei viaggi spaziali.

Un nuovo processo di rivestimento come standard industriale

L'ETH 8inks, invece, si distingue dagli altri produttori di batterie per la sua tecnologia di produzione innovativa. Con questa tecnologia vuole sostituire lo standard di produzione delle batterie agli ioni di litio, il cosiddetto processo slot die, che è stato consolidato e sostanzialmente invariato per 30 anni. Paul Baade, il fondatore di 8inks, ha sviluppato una tecnologia chiamata rivestimento multistrato a tenda. Applicando diversi strati più sottili del materiale attivo in cui sono immagazzinati gli ioni di litio, il processo di rivestimento può essere personalizzato in base alle rispettive specifiche. Grazie alla varietà dello spessore o delle proprietà dei materiali dei singoli strati, il processo contribuisce, tra l'altro, alla scalabilità delle batterie a stato solido. Un altro vantaggio del processo è che la velocità di rivestimento dell'elettrodo della batteria può essere accelerata enormemente ed è quindi ideale per soddisfare la crescente domanda.

I collaboratori di 8inks stanno attualmente testando diversi formati, dalle celle a bottone alle cosiddette "celle a sacchetto", come quelle utilizzate negli smartphone. L'obiettivo è rendere la tecnologia scalabile su scala industriale, ad esempio per le batterie delle auto elettriche. "Vogliamo utilizzare il nostro processo di produzione per costruire soluzioni per l'accumulo di energia rinnovabile. Questo è l'unico modo per soddisfare l'enorme aumento della domanda di batterie ad alte prestazioni nel lungo termine", afferma Baade. In futuro, 8inks vorrebbe affermarsi sul mercato a tal punto che la sua tecnologia sia diventata un nuovo standard nella produzione di batterie.

Sfruttare il potenziale del mercato svizzero delle batterie

Entrambe le aperture stanno pianificando il loro futuro in Svizzera. La vicinanza alla ricerca e i laureati ben preparati consentono ai produttori di batterie di questo Paese di lanciare sul mercato prodotti di alta qualità (di nicchia).

Per BTRY, che produce le sue batterie sottovuoto utilizzando una tecnica di fabbricazione derivata dalla produzione di semiconduttori, la Svizzera è un luogo particolarmente attraente perché il Paese è noto per la sua industria del vuoto. "Esiste persino il termine "Valle del vuoto", utilizzato per descrivere la Valle del Reno di San Gallo. Qui hanno sede molte aziende che operano nei settori della tecnologia del vuoto, della produzione di semiconduttori e dei processi di rivestimento. Questo ci permetterà di sfruttare le sinergie e le competenze esistenti", spiega Moritz Futscher.

Anche Paul Baade di 8inks vede il futuro della sua azienda in Svizzera: "Per quanto riguarda i processi di produzione eccellenti, qui in Svizzera possiamo costruire su ottime basi. Numerose aziende stanno sviluppando proprio l'hardware di alta qualità o i componenti dei dispositivi che possiamo utilizzare per costruire e commercializzare i nostri sistemi di produzione a lungo termine."

Produzione con uso rispettoso delle risorse

La sostenibilità svolge un ruolo centrale in entrambe le aperture. Questo include, tra l'altro, una riduzione delle emissioni di CO₂-processo di produzione neutrale che riduce al minimo l'uso di materie prime come il cobalto o il litio. Abdessalem Aribia, cofondatore di BTRY, afferma: "Ci sono alcune dipendenze dall'estero quando si pensa a materie prime limitate come il litio, ad esempio. Allo stesso tempo, noi di BTRY stiamo cercando di utilizzare materiali più sostenibili nel medio termine, riducendo così anche la nostra dipendenza dai produttori stranieri". l'ETH 8inks, invece, mantiene il consumo energetico il più basso possibile attraverso una produzione personalizzata, evitando inutili sprechi di materiali. Inoltre, cerca di ridurre al minimo la percentuale di solventi, ad esempio. Entrambe le aperture dimostrano che sostenibilità ed efficienza possono andare di pari passo: una strada promettente per il futuro.