Si tratta della più importante tra le iniziative di R&S di Phase, e di quella sufficientemente avanzata da aver iniziato a generare un business significativo. A partire dal 2015-1016, questa attività ha avuto origine da una doppia consapevolezza:
Sebbene l’importanza e il futuro delle batterie siano evidenti, molti problemi devono ancora essere risolti, per aumentare la loro densità energetica, ancora inadeguata per molte applicazioni di mobilità; migliorare la sicurezza, garantire un ciclo di prodotto sostenibile, assicurare strutture di ricarica e di scambio di energia. Per decarbonizzare l’economia, una profonda rivoluzione deve coinvolgere il nostro stile di vita. È stato quindi deciso che, Sebbene Phase sia un’azienda troppo piccola per fare davvero la differenza, qualcosa doveva comunque essere fatto.
Il lavoro di ricerca e sviluppo è stato suddiviso tra un team di ricerca e sviluppo interno e la collaborazione con diverse università, tra cui l’Università di Genova, scuola di Chimica e Metallurgia.
Il laboratorio interno è dedicato alla prototipazione e ai test, compresa una camera di sicurezza per eseguire prove di incendio/esplosione (necessarie).
Con UniGe, Phase ha finanziato l’acquisto dei prototipi e delle attrezzature di prova appropriate, con la creazione di un Phase Lab all’interno dell’Università, l’assegnazione di contratti di R&S e diverse borse di studio (attualmente 4).
Phase è anche membro della BEPA (Batteries European Partnership Association).
A differenza delle batterie tradizionali, che erano costituite solo da celle elettrochimiche, le attuali batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni sono costituite da un certo numero di celle elettrochimiche collegate in serie/parallelo in un dispositivo meccatronico, in cui la parte elettronica (BMS) è utilizzata per controllare e bilanciare le celle, mentre la parte meccanica impacchetta, raffredda e riscalda il sistema secondo le necessità e controlla in qualche misura la sicurezza del dispositivo.
Infatti, le attuali celle agli ioni di litio ad alte prestazioni comportano un significativo rischio di incendio/esplosione, in parte dovuto all’energia contenuta, ma soprattutto alle sostanze chimiche volatili contenute nell’elettrolita, e questo problema di sicurezza è forse il loro limite più importante e trascurato.
Di conseguenza, l’attività di R&S di Phase si è concentrata su due gruppi d’azione:
Risorse interne (meccatronica):
Integrazione di celle elettrochimiche nella meccatronica avanzata, con sicurezza intrinseca, controllo termico e bilanciamento delle celle ad alta velocità.
Questo lavoro è stato svolto internamente ed è in corso, anche se alcune batterie di pre-produzione sono state consegnate a clienti selezionati (2 brevetti assegnati o in corso).
Obiettivo: aumentare la sicurezza e la densità di energia a livello di batteria completa (normalmente molto più bassa della densità a livello di cella
Stato: pre-produzione.
I primi sistemi di batterie hanno ottenuto la certificazione di sicurezza secondo le norme IEC 62619:2022, EN 62281 e UN 38.3 (sicurezza generale anche in caso di esplosione accidentale di una cella).
I primi sistemi sono stati forniti ai primi clienti.
Super BMS: una nuova interfaccia “AMNIOTICA” delle celle della batteria in grado di potenziare la ridondanza intrinseca di un sistema di celle in serie/parallele per fornire un nuovo livello di prestazioni e una disponibilità eccezionale (soprattutto per l’avionica).
Brevetto iniziale in corso di registrazione
Obiettivo: affidabilità, disponibilità e funzionalità aggiuntive
Stato: progettazione di prototipi
Rigenerazione delle celle (limitata all’attuale chimica degli ioni di litio ad elettrolita liquido) per moltiplicare la durata del ciclo utilizzabile attraverso un ciclo elettrochimico attentamente controllato (brevettato)
Obiettivo: moltiplicatore di durata, che consente ad esempio di caricare/scaricare rapidamente le celle senza comprometterne la durata.
Stato: in fase di test per verificare il tasso di successo
Materiali anodici organici con maggiore densità di carica rispetto alla grafite inorganica
Obiettivo: aumentare la densità energetica e fornire un materiale anodico sostenibile
Stato: Nei test, i campioni iniziali forniscono una densità ionica quasi doppia rispetto alla grafite standard, senza alcun degrado significativo.
Il processo di produzione è sostenibile e parte da rifiuti organici.
Batteria allo stato solido: Lo sviluppo di gran lunga più impegnativo.
Molti laboratori di ricerca stanno lavorando su diverse chimiche, Phase-Unige ha ora il proprio candidato promettente, sia a livello di materiale che di processo produttivo.
Obiettivi: Le celle allo stato solido potrebbero trasformare radicalmente le batterie avanzate.
I problemi di sicurezza e di intervallo di temperatura limitato hanno tutti origine nell’elettrolita liquido, quindi lo stato solido renderebbe la cella più robusta e sicura.
Inoltre, lo sviluppo di Phase-Unige garantisce una maggiore stabilità elettrochimica rispetto all’elettrolita liquido, che a sua volta potrebbe consentire l’utilizzo di catodi diversi e ad alta energia, spingendo così la densità energetica ben oltre i 500 Wh/kg.
Ciò consentirebbe di costruire batterie senza metalli pesanti (attualmente nichel, molibdeno e cobalto).
La produzione di celle a stato solido potrebbe essere significativamente diversa dalle attuali linee di rivestimento a nastro.
Stato: Diversi prototipi delle dimensioni di una moneta sono stati testati con successo su un numero significativo di cicli e un’alta velocità C a temperatura ambiente, con risultati promettenti.
Sono in corso test ad alta energia.
