Im Einklang mit der ersten Aussage der Ethik-Charta des Unternehmens:
„Ziel der Gesellschaft ist die Erweiterung der wissenschaftlichen Erkenntnisse und der technologische Fortschritt durch die Erfindung, die Konstruktion und die effiziente Produktion innovativer Geräte in den Bereichen Kybernetik, Bewegungssteuerung und Energieumwandlung, in der Überzeugung, dass der Fortschritt der Wissenschaft sowohl die treibende Kraft der Menschheit als auch das einzige Mittel ist, um allen Lebewesen die beste Zukunft zu bieten, Phase reinvestiert einen großen Teil seiner Ressourcen in reine Forschung und Entwicklung mit langfristiger Perspektive.
Die F&E-Aktivitäten konzentrieren sich auf die Suche nach innovativen Lösungen und Technologien, um die absehbaren Hindernisse auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Entwicklung zu überwinden.
F&E-Projekte sind definiert als Unternehmungen, die sich mit möglichen, aber noch nicht gefundenen oder demonstrierten Lösungen bef assen, und zwar nicht nur im Hinblick auf die industrielle Entwicklung, sondern auch auf theoretischer oder prototypischer Ebene. Sie können Revolutionen auslösen oder zu Misserfolgen führen und sind als solche nur eine Investition in die Zukunft.
Dies ist das wichtigste F&E-Vorhaben der Phase und dasjenige, das so weit fortgeschritten ist, dass es zu einem bedeutenden Geschäft geworden ist. In den Jahren 2015-1016 entstand diese Aktivität aus einem doppelten Bewusstsein heraus:
Auch wenn die Bedeutung und die Zukunft von Batterien auf der Hand liegen, müssen noch viele Probleme gelöst werden, um ihre Energiedichte zu erhöhen, die für viele Mobilitätsanwendungen noch unzureichend ist, die Sicherheit zu verbessern, einen nachhaltigen Produktzyklus zu gewährleisten und für Auflade- und Energieaustauschmöglichkeiten zu sorgen. Um die Wirtschaft zu dekarbonisieren, muss eine tief greifende Revolution unsere Lebensweise umfassen. Es wurde daher beschlossen, dass, Phase ist zwar ein zu kleines Unternehmen, um wirklich etwas zu bewirken, aber es musste trotzdem etwas getan werden.
Die F&E-Arbeiten wurden auf ein internes F&E-Team und die Zusammenarbeit mit mehreren Universitäten aufgeteilt, an deren Spitze die Universität Genua, Fakultät für Chemie und Metallurgie, steht.
Das interne Labor ist für die Herstellung von Prototypen und die Durchführung von Tests vorgesehen, einschließlich einer sicheren Kammer zur Durchführung von Brand-/Explosionstests (erforderlich).
Mit UniGe finanzierte Phase die Anschaffung der entsprechenden Prototypen und Testgeräte, die Einrichtung eines Phase-Labors an der Universität, die Vergabe von Forschungs- und Entwicklungsaufträgen und mehrere Stipendien (derzeit 4).
Phase ist auch Mitglied der BEPA (Batteries European Partnership Association).
Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien, die nur aus elektrochemischen Zellen bestanden, bestehen die heutigen Hochleistungs-Li-Ionen-Batterien aus einer Reihe von elektrochemischen Zellen, die in Reihen-/Parallelschaltungen in einem mechatronischen Gerät untergebracht sind, wobei der elektronische Teil (BMS) zur Steuerung und zum Ausgleich der Zellen dient und der mechanische Teil das System je nach Bedarf verpackt, kühlt und erwärmt und bis zu einem gewissen Grad die Sicherheit des Geräts kontrolliert. Tatsächlich bergen die derzeitigen Hochleistungs-Li-Ionen-Zellen ein erhebliches Brand-/Explosionsrisiko, was zum Teil auf die verpackte Energie, vor allem aber auf die flüchtigen Chemikalien im Elektrolyten zurückzuführen ist.
Die F&E-Aktivitäten der Phase konzentrierten sich daher auf 2 Aktionsgruppen::
Interne Ressourcen (Mechatronik):
Integration elektrochemischer Zellen in die moderne Mechatronik, mit Eigensicherheit, thermischer Kontrolle und Hochgeschwindigkeitsausgleich der Zellen. Diese Arbeiten wurden intern durchgeführt und dauern noch an, obwohl einige Vorserienbatterien an ausgewählte Kunden geliefert wurden (2 Patente wurden erteilt oder stehen noch aus).
Ziel: Erhöhung der Sicherheit und der Energiedichte auf Ebene der gesamten Batterie (normalerweise viel geringer als die Dichte auf Zellebene)
Status: Vorproduktionsphase. Die ersten Systeme erhielten die Sicherheitszertifizierung nach IEC 62619:2022, EN 62281 und UN 38.3 (Gesamtsicherheit auch bei unbeabsichtigter Explosion einer Zelle). Auslieferung der ersten Systeme an die ersten Kunden
Super BMS: neuartige Verknüpfung von Batteriezellen, die die Redundanz eines Systems serieller/paralleler Zellen nutzen kann, um ein neues Leistungsniveau und eine außergewöhnliche Verfügbarkeit (insbesondere für die Avionik) zu erreichen. Erstes Patent angemeldet
Ziel: Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und zusätzliche Funktionalität
Status: Prototypentwurf
Universitäres F&E-Labor in Zusammenarbeit mit Phase: (Elektrochemie auf Zellebene):
Zellregeneration (beschränkt auf die derzeitige Li-Ion-Chemie mit flüssigem Elektrolyt) zur Vervielfachung der nutzbaren Lebensdauer durch einen sorgfältig kontrollierten elektrochemischen Zyklus (patentiert)
Ziel: Lebensdauermultiplikator, der z. B. schnelles Laden/Entladen ohne Beeinträchtigung der Zelllebensdauer ermöglicht
Status: in Erprobung zum Nachweis der Erfolgsquote
Organische Anodenmaterialien mit erhöhter Ladungsdichte im Vergleich zu anorganischem Graphit
Ziel: Erhöhung der Energiedichte bei gleichzeitiger Bereitstellung eines nachhaltigen Anodenmaterials
Status: In Tests bieten die ersten Proben eine fast doppelt so hohe Ionendichte wie Standardgraphit, ohne dass es zu einer signifikanten Verschlechterung kommt. Der Produktionsprozess ist nachhaltig und beginnt mit organischen Abfällen.
Festkörperbatterie: Die mit Abstand schwierigste Entwicklung. Viele Forschungslabors arbeiten an verschiedenen Chemikalien, Phase-Unige hat nun einen eigenen vielversprechenden Kandidaten, sowohl auf Material- als auch auf Produktionsprozessebene.
Ziele: Festkörperzellen könnten fortschrittliche Batterien radikal verändern. Die Probleme mit der Sicherheit und dem begrenzten Temperaturbereich haben ihren Ursprung im flüssigen Elektrolyten, so dass die Zelle in fester Form robuster und sicherer wäre. Darüber hinaus sorgt die Phase-Unige-Entwicklung für eine höhere elektrochemische Stabilität im Vergleich zu flüssigen Elektrolyten, was wiederum die Verwendung anderer, energiereicherer Kathoden ermöglichen könnte, wodurch die Energiedichte auf weit über 500 Wh/kg steigen würde. Dies würde den Bau von Batterien ohne Schwermetalle (derzeit Nickel, Molibdenum, Kobalt) ermöglichen. Die Produktion von Festkörperzellen könnte sich deutlich von den derzeitigen Bandbeschichtungsanlagen unterscheiden.
Status: Mehrere münzgroße Prototypen wurden erfolgreich über eine beträchtliche Zykluszahl und eine hohe C-Rate bei Raumtemperatur mit vielversprechenden Ergebnissen getestet. Tests mit höherer Energie sind im Gange.
Seltene Erden sind für die Herstellung von Hochleistungsmagneten und -motoren unverzichtbar, und ihre Verfügbarkeit ist von entscheidender Bedeutung. Obwohl sie nicht so selten sind, wie ihr Name vermuten lässt, ist ihr Abbau und ihre Raffination aufwändig und umweltschädlich. Phase ist ein wichtiger Nutzer von Seltenerdmagneten und ist sich der entscheidenden Bedeutung dieser Materialien bewusst.
Aus diesem Grund wurden in der Phase zwei F&E-Projekte aktiviert:
Eisennitrid, hartmagnetische Materialien ohne seltene Erden. Aufgrund der jüngsten Entdeckung, dass einige instabile kristalline Formen von Eisennitriden auf mikroskopischer Ebene außergewöhnliche hartmagnetische Eigenschaften aufweisen, beauftragte Phase die UniGe mit dem Projekt, die Stabilität dieser kristallinen Form zu bestätigen oder zu widerlegen, sie zu charakterisieren und gemeinsam eine geeignete Produktionsmethode zu entwickeln.
Ziel: Im Erfolgsfall könnten Eisennitrid-Magnete die Seltenerdmagnete bei sehr niedrigen Materialkosten übertreffen. Dies wiederum könnte den Bereich der fortschrittlichen Motor- und Magnetikentwicklung revolutionieren.
Status: Zweijährige Versuche mit der Pulvermetallurgie haben keine nennenswerten Ergebnisse gebracht. Vor einigen Monaten wurde eine neue Methode theoretisiert. Eine neue Versuchsreihe ist im Gange, und es liegen bereits erste Ergebnisse vor.
Recycling von Seltenerdmagneten. Seltene Erden werden seit den 80er Jahren in modernen Elektromotoren verwendet. Elektromotoren haben eine sehr lange Lebensdauer, aber auch sie müssen irgendwann recycelt werden. Bisher war es nicht möglich, Seltenerdmagnete zu recyceln. Phase und UniGe erproben ein Verfahren zur Entmagnetisierung, Demontage und Pulverisierung der Magnete in einer neutralen Atmosphäre und zur anschließenden Neuformung der Magnete.
Ziel: Wenn dies gelingt, könnte der Bedarf an neuen Seltenen Erden erheblich reduziert werden.
Status: Das Verfahren ist erprobt; erste Magnete wurden bemustert. Leider ist die verbleibende Magnetverarbeitungskapazität außerhalb des Fernen Ostens minimal. Es werden Partnerschaften gesucht.
Es handelt sich um eine Zusammenarbeit, die von der Universität Genua, Fakultät für Thermodynamik, initiiert und geleitet wird. Ziel ist es, die Eigenschaften einiger Materialien auszunutzen, die unter Einwirkung eines starken Magnetfeldes von einem paramagnetischen in einen ferromagnetischen Zustand mit unterschiedlichen Energieniveaus wechseln. Eine solche thermodynamische Maschine würde keine Zustandswechselflüssigkeiten benötigen, was bei der Dispersion in der Atmosphäre immer ein Problem darstellt, und könnte einen hohen Wirkungsgrad und einen potenziell großen Temperaturbereich bieten. Eine ähnliche Technologie wird in der extremen Kryotechnik eingesetzt, wie sie beispielsweise für Experimente zur Supraleitung und Quantenmechanik benötigt wird. Phase stellt die Technologie zur Herstellung starker Dauermagnete zur Verfügung und steuert diese Zusammenarbeit.
