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Le batterie 24M potrebbero sfruttare meglio l'energia eolica e solare
Le batterie agli ioni di litio alimentano qualsiasi cosa, dagli smartphone ai veicoli elettrici. Sono adatti al lavoro perché sono più piccoli e leggeri, si caricano più velocemente e durano più a lungo rispetto ad altre batterie. Ma sono anche complessi e quindi costosi da realizzare, il che ha ostacolato l'adozione di massa del trasporto elettrico e dell'accumulo di energia su larga scala.
Yet-Ming Chiang pensa che la sua startup 24M abbia la risposta. La chiave è un elettrodo semisolido. In una batteria agli ioni di litio convenzionale, molti strati sottili di elettrodi sono impilati o arrotolati insieme per produrre una cella. Le batterie agli ioni di litio sono l'unico prodotto che conosco oltre al baklava in cui si impilano così tanti strati sottili per aumentare il volume, afferma Chiang, cofondatore e scienziato capo presso 24M, nonché professore di scienze dei materiali al MIT. Il nostro obiettivo è realizzare una batteria agli ioni di litio attraverso il processo più semplice possibile.
Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2016
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L'innovazione di Chiang, che è stata sviluppata nel suo laboratorio del MIT, è un elettrodo formato mescolando polveri con un elettrolita liquido per creare un impasto liquido appiccicoso. Il design consente a 24M di aumentare la quantità di materiale di accumulo di energia in una batteria e di fornirle dal 15 al 25% in più di capacità rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio della stessa dimensione.
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Il nuovo design è anche più veloce ed economico da realizzare. Le tipiche grandi fabbriche per la produzione di batterie agli ioni di litio costano circa 100 milioni di dollari, in parte perché sono necessarie macchine specializzate per rivestire, asciugare, tagliare e comprimere la pellicola dell'elettrodo. Poiché il suo elettrodo semisolido non richiede questi passaggi, afferma 24M, le sue batterie potrebbero essere prodotte in un quinto del tempo e in impianti molto più piccoli.
Se la sua tecnologia avrà successo, 24M potrebbe essere tra le prime aziende a ridurre il costo delle celle delle batterie agli ioni di litio a meno di $ 100 per kilowattora, da $ 200 a $ 250 di oggi. Questo è il punto in cui le auto elettriche potrebbero competere sui costi con i veicoli a combustione interna.
Per raggiungere tale obiettivo entro il 2020, 24M deve passare dalla sua linea di produzione pilota esistente a Cambridge, nel Massachusetts, alla fabbricazione ad alto volume. L'azienda prevede di costruire una fabbrica nel 2017, probabilmente in collaborazione con una grande azienda industriale, e di lanciare il suo primo prodotto all'inizio del 2018. Spera che le utility acquisteranno le sue batterie per immagazzinare elettricità da parchi eolici e solari e fornire energia durante i picchi di domanda ore.
Un tecnico analizza la polvere che andrà nella sospensione che diventerà il catodo della batteria. Il processo prevede la miscelazione di materiali in polvere (fosfato di ferro e litio, grafite) con un elettrolita liquido proprietario.
L'elettrodo semisolido ha una consistenza simile a un impasto e può essere deformato senza cedere o prendere fuoco. L'azienda afferma che questa elevata tolleranza agli abusi rende il suo design la batteria agli ioni di litio più sicura mai realizzata.
L'elettrodo semisolido ha una consistenza simile a un impasto e può essere deformato senza cedere o prendere fuoco. L'azienda afferma che questa elevata tolleranza agli abusi rende il suo design la batteria agli ioni di litio più sicura mai realizzata.
Questa macchina, sviluppata nel 2014 come parte della linea di produzione pilota di 24M, realizza separatamente l'anodo e il catodo della batteria, quindi li combina in una cella. Il processo richiede meno di due minuti.
Per prima cosa la macchina distribuisce pezzi di pellicola. Successivamente si applica il liquame. Quindi la macchina aggiunge il separatore della batteria, plastica porosa che impedisce i cortocircuiti elettrici, e unisce l'anodo con il suo compagno catodico. Questo crea una cella unitaria, che contiene tutto ciò di cui la batteria ha bisogno per funzionare ma manca della sua confezione finale.
Per prima cosa la macchina distribuisce pezzi di pellicola. Successivamente si applica il liquame. Quindi la macchina aggiunge il separatore della batteria, plastica porosa che impedisce i cortocircuiti elettrici, e unisce l'anodo con il suo compagno catodico. Questo crea una cella unitaria, che contiene tutto ciò di cui la batteria ha bisogno per funzionare ma manca della sua confezione finale.
Le celle dell'unità sono impilate per aumentare la capacità della batteria. I tecnici quindi saldano insieme le linguette delle celle per creare una cella impilata e sigillarla sottovuoto all'interno di una busta di alluminio. Saldatura e confezionamento sono due dei pochi processi che 24M non ha automatizzato sulla sua linea pilota.
Le celle dell'unità sono impilate per aumentare la capacità della batteria. I tecnici quindi saldano insieme le linguette delle celle per creare una cella impilata e sigillarla sottovuoto all'interno di una busta di alluminio. Saldatura e confezionamento sono due dei pochi processi che 24M non ha automatizzato sulla sua linea pilota.
Le batterie aspettano prima e dopo il test. Ci vogliono solo poche ore per passare dalle materie prime alle batterie pronte per i test, secondo 24M. In una fabbrica convenzionale di ioni di litio quel processo richiederebbe circa una settimana.
L'azienda sta parlando anche con i produttori di veicoli elettrici, ma considera i veicoli elettrici un obiettivo secondario. È comprensibile che Chiang agisse con cautela in quel mercato. A123 Systems, una società di batterie di cui è cofondatore, ha presentato istanza di protezione dal fallimento nel 2012 dopo aver speso troppi soldi per costruire grandi impianti di batterie per rifornire le case automobilistiche. Al contrario, afferma Chiang, le tecnologie di produzione di 24M sono progettate per essere modulari e, se necessario, ampliate in modo più efficiente.