Durata della vita delle batterie, batterie al sodio, ottimizzazione del loro funzionamento: intervista a Omar Perego, RSE.

LA RICERCA DEI MATERIALI GREZZI E IL RICICLO

Esistono diverse soluzioni di accumulo, distinte in base alla forma in cui è immagazzinata l’energia. I diversi sistemi d’accumulo, ognuno con proprie caratteristiche di capacità, tempo d’intervento, disponibilità e costo, giocheranno un ruolo strategico nel fornire al sistema elettrico del futuro adeguati servizi di flessibilità, per garantirne sicurezza e affidabilità.
È ampio il campo di ricerca di Rse come ci illustra Omar Perego, del Dipartimento Tecnologie di Generazione e Materiali di Rse: ricerca sui materiali grezzi, sui materiali avanzati, sui sistemi di controllo intelligente per aumentare la vita utile delle batterie, sulla diagnostica dei sistemi di accumulo, sul riciclo dei materiali e sul second-life delle batterie.

“Ci occupiamo degli accumuli su tutta la catena del valore, in particolare sui materiali critici e sul loro approvvigionamento perché è il materiale grezzo su cui fare le batterie. In quest’ambito stiamo lavorando su due settori: il primo è la ricerca e la raffinazione dei materiali grezzi. E abbiamo individuato un filone relativo ai fluidi geotermici, le salamoie che si trovano nei campi di Larderello, nei campi Flegrei, nei siti geologici all’interno della terra, dove l’acqua va a scavare la roccia e si porta dietro tutti i materiali utili, tra cui i metalli e tra questi si trova il litio, uno dei materiali critici nel panorama delle batterie”. Per Perego “la tecnologia più promettente in questo momento è proprio quella delle batterie al litio, solo che adesso il litio è diventato un materiale critico, quindi si deve trovare una strada per recuperarlo”.
Il secondo approccio “è quello del riciclo delle batterie, altro campo su cui stiamo lavorando. Quindi nel momento in cui si ha un processo di sminuzzamento delle batterie, che può essere idrometallurgico o pirometallurgico, si arriva al materiale attivo e da lì si fa una raffinazione per lisciviazione. In questo modo si recupera il litio ma anche altri materiali supercritici come il cobalto”.

LE PROSPETTIVE DELLE BATTERIE AL SODIO

La batteria al litio “è la tecnologia attuale che vede i maggiori studi di ricerca perché è la più promettente: il litio consente una più facile intercalazione e la grafite, un altro materiale critico, è l’elemento anodico in cui intercala il litio. Le attuali batterie al litio si portano dietro una serie di criticità molto importanti, proprio per la carenza di questi materiali nella geologia europea. Questi materiali provengono prevalentemente dalla Cina che è il maggior produttore di batterie. Le difficoltà di approvvigionamento del mercato europeo si ripercuotono, per esempio, sul mercato dell’auto, visto che i propulsori futuri saranno batterie. Ma anche sul sistema elettrico stazionario, ovvero le reti elettriche: per tutti i servizi di rete gli accumuli sono indispensabili se vogliamo immettere energia da fonti rinnovabili non programmabili come il fotovoltaico per soppiantare le fonti tradizionali. Quindi se tutto il sistema di accumulo dovesse contare sul litio, l’Europa si troverebbe molto in crisi”.

“Allora si battono altre strade, altre tecnologie. Come Rse stiamo lavorando – prosegue Perego – sulle batterie al sodio, un elemento facilmente reperibile ed estraibile sulla crosta terrestre e nei mari. Stiamo sviluppando dei materiali sia anodici che catodici utilizzabili con il sodio. Quindi non la grafite ma un altro tipo di materiale di sintesi perché non esiste un materiale naturale che possa andare bene con il sodio, il che richiede dei processi energivori. Quindi per ora è una tecnologia meno performante. In futuro, in assenza di grafite, è una tecnologia tornerebbe super competitiva”.

MACHINE LEARNING PER ALLUNGARE LA VITA DELLE BATTERIE

L’altro ambito su cui Rse sta lavorando “è la durata della vita delle batterie perché aumentandone la vita si ha meno esigenza di materiali primi. Così come con il sistema di riciclo dei materiali, che aumenta anche la sostenibilità. Lavorando sui materiali attivi si cerca di migliorarne la resistenza, la robustezza e la stabilità nel tempo, rafforzando le strutture cristalline anche attraverso trattamenti termici”.
Altro percorso “è quello di ottimizzare il funzionamento dei sistemi delle batterie attraverso sistemi di diagnostica e controlli evoluti, che possono adottare delle tecniche di machine learning e di intelligenza artificiale con ampie capacità di autoapprendimento”. Perego porta l’esempio di una batteria per il cellulare: “Quando compro un telefonino con una batteria, il sistema di diagnostica per verificare lo stato di carica lavora su parametri fissi ma la batteria evolve, invecchia, quindi le celle non si comportano più come all’inizio. Per poter stimare un comportamento futuro ci sono diverse tecniche che permettono di analizzare il funzionamento della batteria e farne una diagnostica dello stato di carica e anche dello stato di salute. Adottando degli algoritmi di apprendimento con tecniche di machine learning si riesce a migliorare la conoscenza della batteria e a realizzare un controllo innovativo per prolungarne la vita utile. E quindi le batterie vengono a costare di meno e ad aver minori esigenze di materiali primi”.

Altro metodo per estendere la vita utile di una batteria è di darle una seconda vita. “Una batteria, principalmente utilizzata nei veicoli elettrici, dove c’è un’esigenza di densità di potenza, quando finisce la sua vita in automobile e perde le sue caratteristiche di capacità, non è da buttar via. Questa batteria tal quale o ricondizionata, recuperando alcuni dei moduli o delle celle ancora efficienti, può essere ricostruita in un nuovo sistema di accumulo a cui è associato un sistema di controllo intelligente, in grado di gestire le disomogeneità delle celle o dei moduli; disomogeneità tipiche di sistemi a fine della prima vita. Tali batterie ricondizionate possono trovare applicazione in altri settori, per esempio nello stazionario al servizio della rete elettrica, presentando caratteristiche che le rendono di nuovo competitive. Non serve più quella densità di potenza che ha in un’automobile, ma può continuare il suo funzionamento. Allungo nuovamente la vita di un sistema, di una cella di una batteria – conclude Perego – e a quel punto ne riduco i costi e ne aumento la sostenibilità”.

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