
SK On, nuovi processi per industrializzare elettrolita e catodo delle batterie allo stato solido
La SK ha sviluppato nuove chimiche e nuovi metodi di produzione che migliorano in modo significativo la manifattura industriale delle batterie allo stato solido (all-solid-state battery, ASSB) e loro durata grazie al metodo della sinterizzazione fotonica ultrarapida e ad un catodo che impiega manganese e ossido di litio arricchito a strati per batterie con celle a base di zolfo.
Le scoperte sono state compiute dalla SK On – consociata della SK Group, il secondo chaebol (conglomerato industriale) coreano per grandezza e attivo nel campo della chimica, dell’energia, delle batterie e anche telecomunicazioni, IT e semiconduttori con un fatturato che nel 2023 ha raggiunto l’equivalente di 88 miliardi di euro – insieme ad atenei ed istituti sudcoreani come la Seoul National University e il Korea Institute Ceramic Engineering and Technology, e pubblicate su riviste scientifiche, come ACS Energy Letter e Advanced Energy Materials. Tali risultati hanno permesso alla SK di depositare numerosi brevetti a livello nazionale e internazionale.
Due i campi di ricerca nei quali la SK On ha ottenuto grandi risultati. Il primo è nell’applicazione della sinterizzazione fotonica ultraveloce, già applicata ai circuiti stampati, alla manifattura degli elettroliti solidi ibridi in composito organico-inorganico ossidato. La sinterizzazione fotonica è un processo che usa la luce intensa per rafforzare l’incollaggio delle particelle in polvere creando una massa solida, robusta, durevole e con proprietà migliorate. Sono della SK 6 dei 9 autori di questa ricerca, condotta dal Dr. Jin Ho Kim’s del Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology e pubblicata sulla rivista ACS Energy Letters. I risultati ottenuti sono fondamentali per la manifattura degli elettroliti solidi per le ASSB, categorizzati tra quelli a base solforosa, ossidata e polimerica.
Allo stato attuale, gli elettroliti a base ossidata richiedono un trattamento termico che comporta l’applicazione di una temperatura di 1.000 gradi per oltre 10 ore, dunque un processo che richiede molto tempo e grandi quantità di energia col rischio di creare fratture dunque difficile da industrializzare per costi, qualità e scalabilità. La sinterizzazione fotonica invece permette di ottenere risultati simili e in modo più sicuro, rapido ed economico grazie a coloranti inorganici generando una microstruttura porosa caratterizzata da un’uniformità ottimale. Sulla base di queste sperimentazioni, il team di studio ha prodotto con successo un elettrolita ibrido solido combinando la sinterizzazione fotonica di materiali a base di ossido con un elettrolita polimerico in gel ottenendo batterie che hanno dimostrato un ciclo di vita eccellente.
In un altro studio, condotto insieme al gruppo di lavoro del Prof. Kyu Tae Lee’s presso la Seoul National University, la SK On ha esplorato invece il potenziale e i meccanismi di degrado del catodo all’ossido di litio e manganese arricchito stratificato (LMRO) per batterie allo stato solido a basa solforosa. Un catodo con tale chimica ha il vantaggio di essere economico perché basato sul manganese invece che sui più costosi Nickel e Cobalto, ma utilizzando elettroliti liquidi soffre di fenomeni di decadimento come la generazione di gas, diminuzione del voltaggio e perdita di capacità. La ricerca ha chiarito però che alla loro origine c’è la generazione di ossigeno che ossida lo zolfo durante i processi di carica e scarica ad alta temperatura.
Per ovviare a questo fenomeno, il team congiunto tra SK e la Seoul National University ha messo a punto un rivestimento che elemina il rilascio di ossigeno migliorando radicalmente il ciclo di vita delle batterie che utilizzano questo tipo di catodo. Come conseguenza, la SK ha acquisito conoscenze che le permetteranno di sviluppare due tipi di batteria allo stato solido: una a base di zolfo e un altro a base di composito ossidato polimerico. I prototipi saranno pronti rispettivamente nel 2029 e 2027, nel frattempo l’azienda coreana sta già allestendo a Daejon la prima linea di produzione di batterie allo stato solido il cui completamento è previsto per la seconda età dell’anno in corso.