Progetto Integrato Tecnologie di accumulo elettrochimico e termico (Progetto 1.2)

Il WP1 è dedicato allo sviluppo di materiali per l’accumulo elettrochimico. Le attività comprendono la sintesi e la caratterizzazione di materiali elettrodici ed elettroliti innovativi per batterie a diverso livello di maturità tecnologica. Particolare attenzione è rivolta al miglioramento di prestazioni, sicurezza e sostenibilità delle tecnologie consolidate (Li-ione di terza e quarta generazione) e di quelle emergenti (Li-metallico, Na-ione e batterie a flusso). Una parte rilevante della ricerca è inoltre orientata all’esplorazione di tecnologie di frontiera, volte a superare criticità quali la scarsa reversibilità cinetica e l’elevata resistenza alle interfacce di reazione. Tra le soluzioni studiate figurano batterie basate su ioni metallici alternativi a Li e Na (come Mg, Zn e Al), batterie metallo-aria, sistemi anodeless e batterie a metalli fusi. Un’intensa attività di sviluppo riguarda la tecnologia Na-ione, ritenuta particolarmente valida e strategica per il Paese. In questo ambito si lavora all’ottimizzazione di materiali anodici (MAX phase/MXeni, hard carbon), catodici (Nasicon, ossidi layered) ed elettroliti liquidi, polimerici e solidi. Le attività saranno fortemente coordinate tra i partner, con scambio di materiali e valutazione delle prestazioni in semicella e monocella, al fine di ottimizzare assemblaggio e trattamenti e definire un percorso condiviso per la realizzazione di una cella completa Na-ione di progetto.

Il WP2 si concentra sullo sviluppo di strumenti avanzati per la diagnostica, il monitoraggio e il controllo dei sistemi di accumulo elettrochimico, basati sia su modelli data-driven supportati dall’intelligenza artificiale sia su modelli fisici e chimici. L’obiettivo principale è la stima dello stato di salute (SoH) e della vita utile residua (RUL) delle batterie, attraverso test sperimentali condotti in laboratorio su celle agli ioni di litio e su altre tecnologie emergenti, come le celle agli ioni di sodio. Le attività prevedono la condivisione e l’arricchimento di database pubblici di dati di invecchiamento, sviluppati nel triennio precedente, includendo nuovi dataset relativi agli effetti dei ripple di corrente ad alta frequenza e ai fenomeni di degrado delle celle second-life. Saranno inoltre condotti studi mirati a migliorare i modelli di invecchiamento, approfondendo la comprensione dei processi che influenzano durata e prestazioni delle celle e ottimizzando i modelli mediante i nuovi dati sperimentali. Il WP2 include anche lo sviluppo di sistemi avanzati per il monitoraggio delle deformazioni meccaniche indotte da cicli termici ed elettrici e la progettazione di un sistema di controllo attivo, integrato con un convertitore, per la gestione degli sbilanciamenti nei moduli di batterie second-life, con l’obiettivo di ottimizzare la distribuzione dell’energia e migliorare l’affidabilità complessiva dei sistemi di accumulo.

Il WP3 si focalizza su attività trasversali a supporto delle tecnologie, dei materiali e dei sistemi analizzati nei WP1 e WP2. Un asse centrale riguarda gli studi di Life Cycle Assessment e Life Cycle Inventory applicati alla produzione dei materiali sviluppati, basati sulla raccolta di dati primari e sulla creazione di un inventario condiviso, definito tramite protocolli comuni tra i gruppi coinvolti. Il WP include inoltre attività legate alla produzione degli elettrodi, con particolare attenzione agli aspetti di manufacturability e alla modellazione dei processi produttivi mediante approcci di digital twin. È previsto anche lo sviluppo di tecniche di caratterizzazione innovative per lo studio dei materiali emergenti in condizioni operative, con l’obiettivo di colmare l’attuale carenza di analisi sistematiche in esercizio. Queste attività mirano a migliorare la comprensione dei meccanismi di degradazione e dei processi di invecchiamento responsabili dei guasti delle celle.

Il WP4 è dedicato allo sviluppo di sistemi di accumulo termico efficienti, sostenibili e a basso impatto ambientale. Le principali sfide riguardano l’impiego di materiali ad elevata densità energetica per ridurre gli ingombri, lo sviluppo di materiali resistenti e ciclabili per migliorare stabilità e durata, la progettazione di sistemi in grado di adattarsi rapidamente alle variazioni di carica e scarica e la riduzione dei costi complessivi. Le attività di ricerca coprono diversi intervalli di temperatura. In ambito di bassa temperatura, si prevede lo sviluppo di prototipi integrati per l’accumulo freddo, sistemi ATES per lo stoccaggio nel sottosuolo e soluzioni termochimiche per il riscaldamento degli edifici. Per la media temperatura saranno studiati accumuli termochimici con zeoliti, materiali cementizi per accumulo termico e la stabilità di moduli compositi mediante test di lunga durata. Per l’alta temperatura si esploreranno materiali a cambiamento di fase per il calore latente e accumuli termochimici ibridi alimentati da fonti rinnovabili, con attività di sintesi dei materiali e sperimentazione su reattori prototipali.

Il WP5 riguarda le attività di gestione e coordinamento del progetto, la comunicazione interna, la disseminazione dei risultati e il coinvolgimento degli stakeholder, realizzati attraverso l’organizzazione di eventi, seminari e workshop. Un ruolo rilevante è svolto anche dalla partecipazione dei tre affidatari a iniziative nazionali, europee e internazionali dedicate ai sistemi di accumulo elettrochimico e termico, favorendo il confronto con la comunità scientifica e industriale. L’obiettivo complessivo del progetto è agire come catalizzatore per lo sviluppo e l’innovazione di materiali e tecnologie di accumulo, con particolare attenzione al miglioramento di prestazioni, sicurezza e sostenibilità. Grazie a un approccio integrato e alla sinergia tra i diversi ambiti coinvolti, il progetto intende accelerare la maturazione di soluzioni tecnologiche in grado di rispondere alle esigenze di un mercato globale in continua evoluzione.