Dies ist das wichtigste der F&E-Projekte der Phase und dasjenige, das so weit fortgeschritten ist, dass es ein bedeutendes Geschäft zu generieren begann. In den Jahren 2015 bis 2016 entstand diese Aktivität aus einem doppelten Bewusstsein heraus:
Auch wenn die Bedeutung und Zukunft von Batterien auf der Hand liegt, 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 tiefgreifende 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-/Parallelschaltung 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 in gewissem Maße die Sicherheit des Geräts kontrolliert.
In der Tat besteht bei den derzeitigen Hochleistungs-Li-Ionen-Zellen eine erhebliche Brand-/Explosionsgefahr, was zum Teil auf die verpackte Energie, vor allem aber auf die flüchtigen Chemikalien im Elektrolyt zurückzuführen ist, und dieses Sicherheitsproblem ist vielleicht ihre wichtigste und übersehene Einschränkung.
Die F&E-Aktivitäten der Phase konzentrierten sich daher auf 2 Aktionsgruppen:
Interne Ressourcen (Mechatronik):
Integration elektrochemischer Zellen in fortschrittliche 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 sind angemeldet).
Ziel: Erhöhung der Sicherheit und der Energiedichte auf Ebene der gesamten Batterie (normalerweise viel geringer als die Dichte auf Zellebene)
Status: Vorserienproduktion.
Die ersten Batteriesysteme erhielten die Sicherheitszertifizierung nach IEC 62619:2022, EN 62281 und UN 38.3 (Gesamtsicherheit auch bei versehentlicher Explosion einer Zelle).
Die ersten Systeme wurden an die ersten Kunden ausgeliefert.
Super BMS: neuartige „AMNIOTIC“-Verbindung von Batteriezellen, die die inhärente Redundanz eines Systems aus seriellen/parallelen Zellen nutzen kann, um ein neues Leistungsniveau und eine außergewöhnliche Verfügbarkeit (insbesondere für die Avionik) zu erreichen.
Erstes Patent anhängig
Ziel: Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und zusätzliche Funktionalität
Status: Prototypentwurf
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: Erste Proben liefern eine fast doppelt so hohe Ionendichte wie Standardgraphit, ohne dass es zu einem nennenswerten Abbau kommt.
Der Produktionsprozess ist nachhaltig und beginnt mit organischen Abfällen.
Festkörperbatterie: Die mit Abstand schwierigste Entwicklung.
Viele Forschungslaboratorien arbeiten an verschiedenen Chemien, Phase-Unige hat jetzt seinen eigenen vielversprechenden Kandidaten, sowohl auf Material- als auch auf Produktionsprozessebene.
Ziele: Festkörperzellen könnten fortschrittliche Batterien radikal verändern.
Die Sicherheitsprobleme und der begrenzte Temperaturbereich haben ihren Ursprung im flüssigen Elektrolyt, so dass Festkörperzellen robuster und sicherer wären.
Darüber hinaus bietet die Phase-Unige-Entwicklung eine höhere elektrochemische Stabilität als ein flüssiger Elektrolyt, 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 erheblich von den derzeitigen Bandbeschichtungsanlagen unterscheiden.
Status: Mehrere münzgroße Prototypen wurden erfolgreich mit einer hohen Zyklenzahl und einer hohen C-Rate bei Raumtemperatur mit vielversprechenden Ergebnissen getestet.
Tests mit höherer Energie sind im Gange.
