A seguito del D.L. 31/01/’95 n. 26, convertito con modificazioni nella legge 29/03/’95 n. 95 recante "Disposizioni urgenti per la ripresa delle attività imprenditoriali", il Ministro dell’Università, della Ricerca Scientifica e Tecnologica, con decreto del 16/12/’97 (G.U. del 9/02/’98) ha individuato gli specifici settori di rilevante interesse per lo sviluppo del sistema nazionale della ricerca, gli enti pubblici di ricerca nazionali istituzionalmente competenti e le relative quote di intervento finanziario.

L’ENEA è stato individuato come ente pubblico di ricerca istituzionalmente competente per un programma, al quale è destinata una quota dell’intervento finanziario pari a 7 miliardi di lire, relativo al settore "Batterie e celle a combustione avanzate".

Il programma, volto ad accrescere le conoscenze tecnologiche deve prevedere la partecipazione congiunta e bilanciata di imprese, Università e Centri di Ricerca pubblici e privati con una quota di confinanziamento a carico dei partecipanti.

L’ENEA ha valutato di interesse prioritario gli sviluppi tecnologici sulle seguenti tematiche:

• Batterie ricaricabili al litio con componenti polimerici per l’elettronica di consumo.
• Batterie al litio con componenti polimerici per veicoli elettrici stradali.
• Celle a combustibile ad elettrolita polimerico per veicoli elettrici stradali.

Obbiettivo generale del programma lo sviluppo di dispositivi elettrochimici di tipo avanzato per l’accumulo e la generazione di energia elettrica (batterie al litio e celle a combustibile ad elettrolita polimerico), da impiegare in settori come l’elettronica di consumo e la trazione elettrica stradale.

Il programma di ricerca si articola nei seguenti tre sottoprogetti:

1. Batterie ricaricabili al litio con componenti polimerici per l’elettronica di consumo

Obbiettivo del progetto è la realizzazione di batterie ricaricabili del tipo litio-ione aventi caratteristiche tali da essere immesse nel mercato dell’elettronica di consumo. Le nuove batterie da studiare è realizzare, basate sia sui nuovi elettroliti polimerici che eventualmente su polimeri conduttori, devono presentare caratteristiche migliori rispetto alle attuali batterie nichel-cadmio e nichel-idruri metallici: minore costo, maggiori prestazioni specifiche: (temperatura ambiente o quelle tipiche dell’elettronica di consumo), minore impatto ambientale nelle varie fasi di produzioni, uso e riciclaggio.

 2) Batterie al litio con componenti polimerici per veicoli elettrici stradali

Il progetto si propone lo sviluppo e la sperimentazione in condizioni simulate in laboratorio di nuove tipologie di accumulatori elettrochimici a più alta densità di energia (4 o più volte rispetto a quelli attuali al piombo) in grado di migliorare le prestazioni (maggiore autonomia e più bassi costi operativi) e quindi favorire una maggiore diffusione dei veicoli elettrici stradali.

Il sistema di accumulo su cui si concentrerà il progetto è quello di costituirlo da litio metallico con elettrolita polimerico e catodo composito operante a temperature medio alte e quindi adatte all’utilizzo nei veicoli elettrici.

Per il proseguimento dell’obbiettivo, saranno presi in considerazione i principali problemi scientifici e tecnologici ancora aperti nello sviluppo di questa tecnologia: la scelta e l’ottimizzazione di nuovi sali d litio per l’elettrolita e l’ottimizzazione del catodo composito, preferibilmente a base di spinello di litio e manganese o da analogo (un materiale cioè economico, a basso impatto ambientale e largamente disponibile), in termini di capacità specifica (> 110 mAh/g stabilizzata), ciclabilità e stabilità alle temperature ed alle tensioni di lavoro.

Le attività comprenderanno in maniera non esclusiva: la ricerca e lo sviluppo dei materiali; la progettazione, realizzazione e prova di celle da laboratorio e di taglia significativa (alcune decine di Ah); la progettazione e realizzazione di componenti di celle e moduli; ed infine la progettazione realizzazione e prova di moduli da alcuni kWh, comprensivi di sistemi elettronici di controllo e di gestione termica sviluppati e realizzati mediante modelli.

Obiettivo di questo progetto è lo sviluppo e sperimentazione di un sistema di generazione con celle a combustibile ad elettrolita polimerico, adatto ad essere impiegato, in prospettiva, per l’alimentazione di un veicolo elettrico che unisca a limitato impatto ambientale proprio dei veicoli a batteria caratteristiche d’uso simili ai veicoli convenzionali (in termini di autonomia e tempi di rifornimento) e efficienza maggiore.

Per conseguire tale obiettivo si prevede di intervenire sia per il miglioramento della tecnologia della cella a combustibile, con l’aumento della potenza specifica e riduzione del costo che per lo sviluppo del sistema di generazione completo, della taglia di 10 kW, in grado di utilizzare come combustibili idrogeno e idrocarburi leggeri.

In particolare, per la cella verranno studiate soluzioni innovative, sia per l’ingegneria che per i componenti (materiali, come catalizzatori, membrane a conduzione protonica, materiali strutturali, e tecniche di produzione), verificando le stesse su piccola scala prima di procedere alla realizzazione del modulo finale da 10 kW.

Dovranno inoltre essere sviluppati componenti critici, come il sistema di conversione e purificazione dei combustibili, si dovrà procedere alla loro integrazione con il modulo elettrochimico e alla sperimentazione al banco e ottimizzazione del generatore completo.