Aumentare l'energia immagazzinata in una batteria senza cambiare la chimica delle celle, senza aggiungere peso e riducendo persino i costi di produzione: è quello che dichiara di aver ottenuto il Fraunhofer ISE, l'istituto tedesco per i sistemi a energia solare, insieme a un consorzio di università e aziende. La leva non è un nuovo materiale attivo, ma qualcosa di apparentemente semplice: rendere molto più spessi gli elettrodi delle celle. Il risultato, annunciato il 9 settembre 2026, è un aumento della densità energetica del 10-15% a parità di peso, dimostrato su tre chimiche diverse — litio-ione, sodio-ione e zinco-ione.
TRL 4-5 — Dimostrazione/prototipo: concetto validato e prototipi di celle pouch realizzati su una linea di produzione semi-automatizzata, produzione industriale non ancora avviata
Impatto potenziale: alto
Il problema: nelle batterie, buona parte del peso non produce energia
Una cella di batteria non è fatta solo del materiale che immagazzina l'energia. Anodo e catodo sono costruiti come un sandwich di strati sottilissimi disposti in alternanza: uno strato di rivestimento elettrodico (il materiale attivo che effettivamente accumula gli ioni) e uno strato di collettore di corrente, la sottile lamina metallica — rame per l'anodo, alluminio per il catodo — che raccoglie e trasporta la corrente elettrica verso l'esterno della cella. Il problema è che i collettori di corrente non immagazzinano energia: sono "peso morto" necessario al funzionamento elettrico della cella, ma che non contribuisce alla capacità. Più sono numerosi gli strati alternati, più aumenta l'incidenza di questo peso morto sul totale, e più si complica anche il processo produttivo, che richiede numerosi passaggi di rivestimento, taglio e assemblaggio.
La soluzione: elettrodi fino a 800 micrometri, un quarto dei collettori
Il gruppo coordinato da Oliver Fitz, responsabile della tecnologia delle celle batteria al Fraunhofer ISE, ha lavorato esattamente su questo rapporto tra materiale attivo e collettori. "Normalmente anodo e catodo sono costituiti da moltissimi strati sottili di rivestimento elettrodico e collettori di corrente alternati fra loro", spiega Fitz. "Siamo riusciti ad aumentare lo spessore del rivestimento elettrodico dai consueti 100-200 micrometri fino a 800 micrometri, riducendo così in modo significativo il numero di collettori di corrente necessari. Il risultato è molto più spazio per il materiale attivo, e per questo la densità energetica cresce del 10-15% a seconda del tipo di batteria e della progettazione della cella".
In pratica, un elettrodo quattro-otto volte più spesso del normale permette di eliminare gran parte dei collettori metallici intermedi a parità di materiale attivo complessivo: meno rame e meno alluminio per la stessa quantità di energia immagazzinata, un processo produttivo con meno passaggi e, secondo l'istituto, una riduzione significativa dei costi di capitale rispetto agli impianti di rivestimento convenzionali. Un ulteriore punto qualificante, sottolineato dai ricercatori, è che l'intero processo di produzione degli elettrodi è privo di PFAS (le cosiddette "sostanze chimiche eterne") e non utilizza solventi tossici, un aspetto sempre più rilevante mano a mano che la normativa europea restringe l'uso di queste sostanze nei processi industriali.
La sfida nascosta: più spessore, percorsi più lunghi per gli ioni
Ispessire un elettrodo non è mai un'operazione a costo zero dal punto di vista elettrochimico: gli ioni di litio, sodio o zinco che si muovono tra anodo e catodo durante la carica e la scarica devono attraversare la struttura porosa dell'elettrodo per raggiungere i siti attivi, e più lo strato è spesso più questo percorso si allunga. Un percorso ionico più lungo tende ad aumentare la resistenza interna della cella e può penalizzare le prestazioni a correnti elevate, cioè la capacità di erogare o assorbire potenza rapidamente in fase di ricarica veloce o di picchi di richiesta. È il motivo per cui, finora, l'industria delle batterie ha tenuto gli spessori degli elettrodi entro limiti relativamente contenuti. Il consorzio tedesco non ha reso pubblici, nel comunicato diffuso finora, i dettagli ingegneristici con cui ha contenuto questo effetto collaterale; ha però dichiarato di aver verificato il concetto direttamente su celle funzionanti nelle tre chimiche testate, un passaggio che va oltre la semplice simulazione teorica.
Testato su tre chimiche, con un occhio già alla produzione in serie
La scelta di validare l'architettura su litio-ione, sodio-ione e zinco-ione, e non su una sola chimica, è essa stessa un segnale: il principio dell'elettrodo spesso non è legato a una specifica formulazione del materiale attivo, ma è una soluzione di ingegneria delle celle trasferibile a diverse tecnologie di accumulo, comprese quelle — come il sodio-ione e lo zinco-ione — oggi in piena fase di industrializzazione come alternative al litio per lo stoccaggio stazionario. Per la chimica al litio, il gruppo di ricerca è andato oltre il singolo campione da laboratorio e ha realizzato veri e propri prototipi di celle pouch — il formato a busta flessibile usato ad esempio in molti pacchi batteria per veicoli elettrici e sistemi di accumulo — su una linea di produzione semi-automatizzata, sviluppata insieme al partner industriale acp systems AG. È un passaggio che porta la tecnologia oltre la pura dimostrazione di concetto, verso una scala più vicina a un ambiente produttivo reale, pur restando ancora lontana dalla produzione industriale in grandi volumi.
Chi c'è dietro: università, istituti di ricerca e una PMI dell'automotive
Al lavoro hanno partecipato, oltre al Fraunhofer ISE, l'Istituto di Fotovoltaica (ipv) dell'Università di Stoccarda e il Karlsruhe Institute of Technology insieme all'Helmholtz Institute Ulm, due tra i principali centri di ricerca tedeschi sui materiali per batterie. Sul fronte industriale figurano acp systems AG, specializzata in impianti di produzione per celle batteria, e Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, storico fornitore per l'industria automobilistica che negli ultimi anni ha diversificato il proprio business verso i mercati della mobilità elettrica: il suo amministratore delegato, Markus Duffner, ha dichiarato che l'azienda, "nata come classico fornitore automotive, si sta da tempo diversificando verso mercati, prodotti e settori del futuro", ricavando già oltre il 30% del proprio fatturato dall'e-mobility. Il lavoro si inserisce in tre progetti di ricerca finanziati dai ministeri federali tedeschi: VORAN, ancora in corso fino a giugno 2027 e sostenuto dal ministero federale dell'Economia e dell'Energia (BMWE), e i progetti già conclusi INFAB (BMWE) e WinZIB2 (ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca, BMBF).
Il direttore dell'istituto, Andreas Bett, ha collegato esplicitamente il risultato tecnico a un tema di politica industriale: "la Germania farebbe bene a costruire capacità produttive per la domanda crescente di batterie, generando così valore aggiunto nel Paese". È una lettura che i ricercatori estendono esplicitamente anche alle piccole e medie imprese: un processo con meno passaggi produttivi e collettori ridotti, secondo l'istituto, abbassa la soglia di investimento necessaria per avviare una linea di produzione di celle, aprendo la possibilità che anche attori industriali di dimensioni minori — non solo i grandi gigafactory asiatici — possano entrare nella produzione di batterie, in particolare per il segmento dell'accumulo stazionario.
Perché interessa il settore
Gran parte della corsa alla batteria "migliore" degli ultimi anni si è concentrata sulla chimica: nuovi materiali per catodi e anodi, nuovi elettroliti, nuove architetture a stato solido. Il lavoro del Fraunhofer ISE segue invece una strada complementare e spesso meno visibile, quella dell'ingegneria della cella: a parità di materiali già noti e già qualificati, ridisegnare come sono assemblati gli strati interni può liberare margini di miglioramento tutt'altro che marginali — un 10-15% di densità energetica in più, ottenuto senza dover validare da zero una nuova chimica, è un guadagno che si tradurrebbe direttamente in pacchi batteria più leggeri o più capienti a parità di ingombro, sia per l'accumulo stazionario sia, in prospettiva, per la mobilità elettrica. Il fatto che il principio funzioni su tre chimiche diverse, incluse quelle a base di materiali più abbondanti come sodio e zinco, ne amplia ulteriormente la rilevanza potenziale. Resta da dimostrare, come sottolinea la stessa azienda partner del progetto, che l'architettura regga il passaggio dai prototipi su linea semi-automatizzata alla produzione in grandi volumi, mantenendo cicli di vita, sicurezza e costi competitivi rispetto agli elettrodi convenzionali: la strada verso l'industrializzazione richiede ancora, per usare le parole del settore, ulteriori fasi di validazione.
Fonte: Fraunhofer ISE, "Mehr Energie bei gleichem Gewicht: Fraunhofer ISE optimiert Batteriezellen", con approfondimenti da pv magazine Global, "New electrode design increases battery energy density by up to 15%", Energy Storage News, "New electrode design by German institutes increases battery energy density by up to 15%" e Solarserver, "Fraunhofer ISE erhöht Energiedichte von Batteriezellen".
