Un’impresa svizzera ha sviluppato un metodo per caricare le batterie in modo molto più veloce
Questa tecnologia è quasi pronta per essere lanciata sul mercato.
Ein Schweizer Unternehmen hat eine Methode entwickelt, mit der Batterien sehr viel schneller geladen werden können. Die Technologie steht kurz vor der Markteinführung.
«Range anxiety», spiega Max Kory. La paura della mancanza di autonomia è per molti un grande ostacolo nel passaggio a un’auto elettrica. Se le batterie si potessero ricaricare più velocemente, aumenterebbe anche la fiducia.
Ci troviamo nella sede dell’impresa svizzera Battrion a Dübendorf. Max Kory e Martin Ebner, in collaborazione con altri partner, hanno fondato nel 2015 una startup ETH. Nel quadro del suo lavoro di dottorato, Ebner ha gettato le basi per la tecnologia che permette di caricare le batterie agli ioni di litio nella metà del tempo necessario finora: non importa che si tratti di uno smartphone, di un laptop o di un’auto elettrica.
Una scoperta semplicemente geniale
Quattordici specialisti provenienti da tredici nazioni lavorano qui e quindi si parla in inglese. E non si lavora solo al computer: oltre al laboratorio sperimentale per il test e lo sviluppo dei prototipi, l’edificio ospita anche una vera e propria linea di produzione. Le macchine, che somigliano a presse per la carta, producono lo strato che dovrebbe ridurre finalmente la «range anxiety» di molte persone interessate alle auto elettriche.
Kory ci spiega questa scoperta tanto semplice quanto geniale e fa un piccolo excursus per permetterci di comprenderne il principio fondamentale: «Ogni batteria agli ioni di litio è composta da tre strati: un elettrodo positivo, un elettrodo negativo e un separatore.» La batteria si scarica quando gli ioni di litio passano dall‘elettrodo negativo attraverso lo strato di grafite verso l’elettrodo positivo. Caricando la batteria, il processo si inverte.
L’intoppo principale nelle classiche batterie è la struttura dello strato di grafite. Normalmente, i pori di questo strato sono disposti orizzontalmente. Per passare attraverso lo strato, gli ioni devono fare ampi giri. A causa dell’attrito, le ricariche (in particolare quelle rapide) generano calore e possono causare pericolosi depositi di litio. La velocità di ricarica deve quindi essere diminuita dopo poco tempo.
Lo slalom degli ioni: se gli strati di grafite sono disposti orizzontalmente, gli ioni devono fare lo slalom per passare da un elettrodo all’altro. Battrion
Scorciatoia per ioni
Martin Ebner ha scoperto un modo per disporre in verticale la struttura porosa. Gli ioni generano così meno attrito e passano più velocemente dall’elettrodo positivo a quello negativo. Poiché viene generato meno calore, la piena potenza di ricarica può essere utilizzata più a lungo e il tempo di ricarica della batteria si riduce notevolmente. «Con le nuove batterie è possibile ricaricare 400 chilometri di autonomia in 15 minuti invece di 25», spiega Kory.
Se gli strati sono invece disposti verticalmente, la strada è molto più diretta e veloce. Meno attrito significa anche meno calore durante il caricamento. Battrion
A essere decisiva non è stata tuttavia solo la scoperta, spiega. Battrion ha trovato un modo per industrializzare la produzione degli elettrodi. «Le nuove batterie possono essere prodotte nei classici stabilimenti di produzione senza troppe spese supplementari», spiega. Kory è convinto che il nuovo prodotto si affermerà quando sarà possibile produrne grandi quantità a prezzo ridotto. In caso contrario, nemmeno la più grande delle scoperte serve a qualcosa.
Attualmente Battrion è in trattativa con le case automobilistiche e altri attori del mercato. Kory stima che le nuove batterie verranno impiegate entro due anni permettendo ai conducenti di auto elettriche di attenuare finalmente la loro ansia da mancanza di autonomia.
«Range anxiety», sagt Max Kory. Die Reichweitenangst sei für viele einer der Gründe, nicht auf Elektroautos umzusteigen. Wenn sich Batterien schneller laden liessen, wachse jedoch das Vertrauen.
Wir befinden uns im Sitz des Schweizer Unternehmens Battrion in Dübendorf. Kory und Martin Ebner hatten 2015 das ETH-Startup zusammen mit weiteren Partnern gegründet. Im Rahmen seiner Doktorarbeit legte Ebner zuvor den Grundstein für die Technologie, mit der sich Lithium-Ionen-Batterien doppelt so schnell laden lassen, wie bisher – egal ob es sich um die Batterie eines Handys, eines Laptops oder eines Elektroautos handelt.
Genial simple Erfindung
14 Spezialisten aus 13 Nationen arbeiten hier – man spricht Englisch. Gearbeitet wird nicht nur an Computern, neben einer Experimentierwerkstatt zum Testen und Entwickeln von Prototypen beherbergt das Gebäude auch eine eigentliche Produktionsstrasse. Maschinen, die aussehen wie Papierdruckpressen, spucken die Folie aus, die E-Auto-Interessierten einen Teil ihrer «Range anxiety» nehmen soll.
Kory erklärt die ebenso geniale wie simple Erfindung und macht einen kleinen Exkurs, um das Prinzip zu verstehen: «Jede Lithium-Ionen-Batterie besteht aus drei Schichten: einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Separator.» Beim Entladen wandern die Lithium-Ionen von der negativen Elektrode durch eine Graphitschicht zur positiven Elektrode. Beim Laden der Batterie gehen sie den umgekehrten Weg.
Als Bremsklotz wirke in der herkömmlichen Batterie die Struktur der Graphitschicht. Denn normalerweise sind die Poren der Schicht horizontal ausgerichtet. Um durch die Schicht zu gelangen, müssen die Ionen Umwege machen. Wegen des Widerstands, kann besonders das schnelle Laden zu Hitzeentwicklung und gefährlichen Lithiumablagerungen führen. Deshalb müsse die Ladegeschwindigkeit nach kurzer Zeit gedrosselt werden.
Ionenslalom: Sind die Graphitschichten horizontal angeordnet, gelangen die Ionen nur auf Umwegen von der einen zur anderen Elektrode. Battrion
Abkürzung für die Ionen
Martin Ebner fand jedoch einen Weg, die Porenstruktur vertikal auszurichten. Die Ionen stossen auf weniger Widerstand und wandern schneller von der positiven zur negativen Seite. Weil weniger Hitze entsteht, kann die volle Ladelast auch länger anliegen – das Laden der Batterie verkürzt sich markant. «Mit der neuen Batterie lassen sich 400 Kilometer Reichweite in 15 statt 25 Minuten laden», sagt Kory.
Bei einer vertikalen Ausrichtung der Schichten, ist der Weg direkter und schneller. Weniger Widerstand bedeutet auch weniger Wärmeentwicklung beim Laden. Battrion
Entscheidend sei aber nicht nur die Erfindung, sagt er. Battrion fand einen Weg, die Herstellung der Elektroden zu industrialisieren. «Die neuen Batterien lassen sich in herkömmlichen Produktionsanlagen ohne viel zusätzlichen Aufwand herstellen», sagt er. Er ist überzeugt, dass sich neue Produkte vor allem dann durchsetzen, wenn sie sich kostengünstig in grossen Mengen herstellen lassen. Sonst nütze die beste Erfindung nichts.
Aktuell seien sie mit Autoherstellen und anderen Akteuren im Gespräch. Kory schätzt, dass die neuen Batterien in spätestens zwei Jahren im Einsatz sein werden – und den E-Auto-Pilotinnen und -Piloten einen Teil ihrer Reichweitenangst nehmen.
Viaggio: I voli lunghi sono veri e propri killer del clima. Ecco perché è meglio andare in vacanza nel proprio Paese. Se dovete viaggiare più lontano, assicuratevi di pagare il piccolo supplemento per il risarcimento CO₂.
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