Anodi ricchi di silicio, le celle Fraunhofer superano 1.000 cicli

Il Fraunhofer ISE ha sottoposto a più di 1.000 cicli completi celle pouch da 25 Ah con anodi ricchi di silicio. Alla pressione di contatto assiale di 1.000 kPa, le celle hanno conservato oltre l’83% della capacità originale, raggiungendo una densità energetica gravimetrica di 280 Wh/kg a livello di cella.

Il risultato affronta uno dei principali problemi indicati dall’istituto per questa tecnologia: la durata nel tempo. Lukas Dold, responsabile del team dedicato alla tecnologia e all’industrializzazione dei materiali per batterie, ha spiegato che superare 1.000 cicli mantenendo almeno l’80% della capacità rappresenta un importante obiettivo prestazionale per gli anodi ricchi di silicio.

Anodo al silicio-carbonio e catodo NMC

Le celle sperimentali sono composte da 40 strati e sono state prodotte su una linea semiautomatica nella camera bianca del Center for Electrical Energy Storage del Fraunhofer ISE, a Friburgo. Per la loro realizzazione sono stati utilizzati fogli di elettrodi disponibili commercialmente.

La configurazione associa un anodo in silicio-carbonio e grafite a un catodo nichel-manganese-cobalto, o NMC, ricco di nichel. Il composito di silicio-carbonio costituisce il 51% del materiale attivo dell’anodo, che ha superato 1.000 mAh/g di capacità specifica e 5 mAh/cm² di capacità areale.

Secondo il Fraunhofer ISE, la capacità specifica teorica del silicio è dieci volte quella della grafite. L’istituto ritiene inoltre che i compositi silicio-carbonio potrebbero ridurre la dipendenza globale dalla grafite e spostare verso l’Unione europea una parte della creazione di valore legata alle materie prime.

La differenza tra 300 e 1.000 kPa

Il dato sulla ritenzione della capacità non può essere separato dalle condizioni del test. I ricercatori hanno infatti confrontato il comportamento delle celle durante cicli a 1C, applicando pressioni assiali di contatto pari a 300 e 1.000 kPa. Il valore superiore all’83% riguarda esclusivamente le celle mantenute a 1.000 kPa.

A 300 kPa è stato osservato un calo significativamente maggiore della capacità utilizzabile nel tempo, soprattutto durante il funzionamento a 1C. Il Fraunhofer ISE non ha però pubblicato il valore esatto di ritenzione ottenuto con questa pressione inferiore, impedendo un confronto quantitativo completo tra le due condizioni.

Marc Kissling, responsabile del gruppo per la produzione delle celle e la valutazione tecnologica, ha indicato quindi la pressione meccanica come un parametro importante per il funzionamento stabile delle celle pouch ricche di silicio.

L’invecchiamento ha fatto emergere anche una crescente divergenza tra la capacità misurata durante i controlli periodici a basse correnti di scarica e quella effettivamente disponibile nei normali cicli a 1C. Per l’istituto, la valutazione di queste celle deve dunque considerare insieme la ritenzione della capacità e le prestazioni nelle condizioni operative.

Dai 280 Wh/kg del prototipo alla stima industriale

I 280 Wh/kg sono stati ottenuti nel formato di ricerca PrecISE del Fraunhofer ISE, che non era ottimizzato. Dold stima che un formato pouch progettato per l’industria possa arrivare a circa 330 Wh/kg, ma questo valore resta una previsione e non un risultato già dimostrato su celle industriali commercializzate.

La ricerca rientra nel progetto StrOboBatt, guidato da PCC Thorion insieme al Fraunhofer ISE e a Glatt Ingenieurtechnik. Partecipano anche LG Chem Europe, E-Lyte Innovations e UniverCell Holding. Il progetto ha ricevuto 2,6 milioni di euro di finanziamenti federali e, secondo quanto dichiarato da PCC al lancio nel 2024, dovrebbe avere una durata di tre anni.

Le applicazioni indicate dai partner comprendono l’accumulo stazionario dell’energia solare ed eolica in eccesso, la mobilità elettrica e il settore aerospaziale.

Nel luglio 2026, l’Australian Renewable Energy Agency ha inoltre assegnato fino a 45 milioni di dollari australiani, equivalenti a 31,6 milioni di dollari secondo i dati riportati, a Sicona per un impianto dimostrativo su scala commerciale nel Nuovo Galles del Sud. Secondo ARENA, il materiale silicio-carbonio di Sicona potrebbe aumentare fino al 20% la densità energetica delle batterie agli ioni di litio e consentire una ricarica fino al 40% più rapida rispetto agli anodi convenzionali in grafite. Anche in questo caso si tratta di miglioramenti dichiarati come potenziali, non di prestazioni commerciali già confermate.

Una domanda per voi

Quali condizioni operative dovrebbero essere prioritarie nella valutazione delle celle pouch con anodi ricchi di silicio?