Titomic e RPI avviano un programma a fasi per produrre elettrodi per batterie agli ioni di litio con cold spray e rivestimento “dry”
Titomic (azienda australiana attiva nella manifattura additiva metallica tramite cold spray, con la tecnologia proprietaria Titomic Kinetic Fusion – TKF) ha annunciato una collaborazione con Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) per valutare l’impiego della cold spray additive manufacturing (CSAM) nella produzione di elettrodi per batterie agli ioni di litio. Il progetto è sostenuto dall’ecosistema dell’NSF Energy Storage Engine in Upstate New York nell’ambito del programma NSF Regional Innovation Engines, con l’idea di verificare se la deposizione “a secco” di polveri attive su collettori (rame o alluminio) possa essere compatibile con linee industriali roll-to-roll.
Perché cambiare il processo: i limiti della produzione “a slurry” degli elettrodi
Nella produzione convenzionale degli elettrodi, i materiali attivi e conduttivi vengono miscelati in una slurry, stesi su un foglio metallico (current collector), poi asciugati e infine calandrati (compressione) per raggiungere densità e proprietà meccaniche desiderate. È una catena di processo consolidata ma complessa, che richiede controlli stretti sulla qualità del rivestimento e include fasi energivore come l’essiccazione; inoltre, la gestione di solventi e la stabilità reologica della slurry sono aspetti che incidono su difetti e ripetibilità. L’iniziativa Titomic–RPI nasce anche per verificare se una deposizione “dry” possa ridurre passaggi e vincoli tipici del wet coating, mantenendo prestazioni elettrochimiche e producibilità industriale.
Come funziona l’approccio cold spray: deposizione allo stato solido su fogli di rame o alluminio
Il cold spray è un processo di deposizione in cui polveri vengono accelerate ad altissima velocità da un getto di gas compresso e impattano sul substrato a temperature inferiori al punto di fusione, generando adesione e costruzione di strati senza fusione. In questo progetto, l’obiettivo è depositare direttamente polveri per anodo e catodo su foil conduttivi (rame o alluminio), riducendo la necessità di passaggi tipici del wet coating (solventi, leganti, asciugatura), e valutare quanto il processo sia “trasferibile” in una logica di produzione in continuo.
Programma in quattro fasi: dalle prove di fattibilità alla validazione su linea roll-to-roll
Il lavoro tecnico è strutturato come un programma in quattro fasi. La prima parte prevede studi di fattibilità e ottimizzazione dei parametri di spruzzo su diversi materiali, seguiti da caratterizzazioni a livello micro e macro per capire adesione, omogeneità e proprietà dello strato. La fase successiva include una selezione (“down-selection”) e lo sviluppo di dimostratori di elettrodo con test elettrochimici. Dopo la validazione in laboratorio, è prevista l’integrazione di una stazione pilota di cold spray in una linea roll-to-roll presso un cliente, per verificare il processo in condizioni di produzione e raccogliere dati su scalabilità e costi.
Materiali citati: LFP, LMO, litio titanato e silicio (anche in composito)
Nelle attività iniziali vengono citate deposizioni di polveri per anodo e catodo che includono silicio, litio titanato (LTO), ossido di litio manganese (LMO) e litio ferro fosfato (LFP). Viene menzionato anche l’interesse verso anodi a base silicio/composito, per il potenziale di capacità teorica più elevata rispetto alle soluzioni tradizionali, pur con le note sfide di stabilità e gestione delle variazioni volumetriche del silicio durante i cicli di carica/scarica.
Ruolo di RPI e dell’NSF Energy Storage Engine: ricerca applicata e trasferimento industriale
Il coinvolgimento dell’NSF Energy Storage Engine in Upstate New York colloca l’iniziativa dentro un programma che mira a rafforzare un hub statunitense per ricerca, manifattura e formazione sulle tecnologie di accumulo. In questo contesto, RPI contribuisce con competenze su materiali e dispositivi elettrochimici; vengono citati come PI NSF i professori Semih Akin e Nikhil Koratkar.
Cosa va dimostrato per passare dalla prova di laboratorio alla produzione: uniformità, adesione, prestazioni e costo
Se l’obiettivo è inserire la deposizione cold spray in una linea roll-to-roll, gli elementi da validare non riguardano solo la chimica: servono controlli su uniformità di spessore, adesione allo strato conduttivo, porosità e microstruttura del coating, oltre alla compatibilità con densificazione e finitura (quando necessarie). Un secondo punto è la prestazione elettrochimica (capacità, resistenza interna, stabilità al cycling) e la consistenza tra lotti. Infine, la valutazione di scalabilità e costi è cruciale: la promessa dei processi “dry” è ridurre step energivori e complessità impiantistica rispetto a certe configurazioni wet coating, ma la convenienza reale dipende da velocità di deposizione, resa, scarti e manutenzione.
