Dalle batterie per veicoli elettrici una spinta all’innovazione nelle applicazioni della gomma

La nuova mobilità spinge produttori e fornitori di gomma, attrezzature e componenti finali verso sviluppi innovativi. Il continuo aumento della produzione di motori ibridi ed elettrici porta sviluppi tecnologici nella filiera dei prodotti in gomma del settore auto. Qui viene ripercorsa una carrellata di progetti in varie fasi di sviluppo, che rappresentano la frontiera tecnologia all’orizzonte

Gli sviluppi tecnologici dei prodotti in gomma per il settore auto sono anche frutto dell’aumento di motori ibridi ed elettrici Sul fronte dei materiali, Arlanxeo ritiene che l’elettrificazione dei veicoli richiede un’ampia gamma di nuove soluzioni lavorando su sviluppi con partner in tutto il mondo. Negli ultimi anni, il fornitore di gomma sintetica ha realizzato laboratori per le batterie in Germania e Cina, con un’attenzione specifica allo sviluppo di nuovi prodotti, al loro assemblaggio e ai test. La possibilità di applicare gli elastomeri ad alte prestazioni nelle batterie di prossima generazione, come quelle allo stato solido, al solfuro di litio o al litio-aria, sono uno dei driver principali del settore e le aree di ottimizzazione sono rappresentate dall’impiego dei materiali elastomerici come leganti per materiali attivi oppure come disperdenti per materiali conduttivi proprio nelle batterie agli ioni di litio. Inoltre, poiché le batterie possono rappresentare un quarto o più del peso totale del veicolo, sono necessarie soluzioni per ridurre il peso dei mezzi, ma non solo perché l’assenza di rumore causato dal motore a combustione rende più evidente il suono dovuto al contatto con la strada e alla resistenza al vento, fenomeni che vanno certamente ridotti al minimo. In più, le batterie devono essere montate sul telaio e le vibrazioni devono essere controllate per un perfetto funzionamento. Anche i fornitori di componenti sono in prima linea nella corsa alla tecnologia elettrica, come dimostrano alcuni recenti sviluppi nel settore dei macchinari per lo stampaggio della gomma. Per esempio, Maplan ha progettato una nuova macchina per lo stampaggio a iniezione da 100 tonnellate per la produzione di guarnizioni per batterie per l’industria automobilistica. Oppure Desma ha recentemente mostrato la sua competenza tecnologica nella produzione di guarnizioni per celle a combustibile. Le “sottilissime” guarnizioni realizzate in gomma siliconica liquida (LSR) vengono applicate alle centinaia di piastre bipolari utilizzate nel motore delle autovetture a carburante. Un LSR bicomponente viene iniettato con alta precisione su entrambi i lati e vulcanizzato. In tutto ciò le dimensioni delle macchine possono variare a seconda delle dimensioni e del numero di inserti. Inoltre, questo processo può essere completamente automatizzato con l’aiuto di sistemi robotici.

ETAuto

Con l’avvento della mobilità elettrica, le innovazioni possibili in campo automobilistico grazie all’impiego della gomma non si limitano più ai soli pneumatici, ma spaziano in molteplici altri componenti a cominciare da quelli importantissimi delle batterie

Il silicone è un punto focale anche per Datwyler, che avvierà la produzione di componenti in LSR a Wuxi (Cina), per supportare il mercato più dinamico del mondo per la nuova mobilità. Le caratteristiche dell’LSR di funzionare a temperature da -55 a 250 ˚C e le alte proprietà di isolamento elettrico saranno fondamentali per molte applicazioni nel settore della mobilità elettrica, come connettori, motori elettrici e sistemi di assistenza alla guida ecc. In questo senso l’azienda sta ampliando le sue capacità in termini di materiali per rispondere alle sfide poste dal passaggio alla nuova mobilità, con un’attenzione particolare alla tecnologia di tenuta delle batterie. Con il progetto Etemi (materiali conduttivi elettrici e termici e schermatura delle interferenze elettromagnetiche), l’azienda sta esplorando “categorie completamente nuove” di elastomeri, gomma siliconica liquida e composti termoplastici. In particolare, il progetto mira a fornire, ai trasformatori che si stanno diversificando verso i veicoli ibridi ed elettrici a batteria, componenti di tenuta, critici per il sistema, con funzionalità migliorate. Con la tendenza all’elettrificazione è sempre più importante la capacità di condurre elettricità e calore, nonché di schermare alcuni componenti da segnali elettromagnetici. Il progetto Etemi mira anche a creare una matrice di materiale in cui la conducibilità elettrica e termica e la schermatura possano essere accoppiate e disaccoppiate per soddisfare un’ampia varietà di applicazioni. La gestione termica di una batteria per veicoli elettrici potrebbe essere gestita in parte dal materiale di tenuta, mentre la schermatura potrebbe essere introdotta tramite la tecnologia di tenuta per i componenti sensibili, come sensori e dispositivi di controllo. Già ora il progetto Etemi ha raggiunto i suoi obiettivi in alcune aree, tra cui la miscelazione interna di composti specifici e la progettazione di programmi di miscelazione, nonché l’analisi e i test di nuovi materiali per le severe normative richieste dalla mobilità elettrica.

Un’altra area che le aziende stanno esplorando è quella dei sistemi di ricarica wireless, ambito in cui si sta muovendo Hutchinson in partnership con la startup israeliana Electreon. La tecnologia Electreon wireless è caratterizzata da una “piattaforma energetica condivisa” che ricarica i veicoli “in movimento” attraverso un sistema completo wireless di tipo elettrico-stradale. Il sistema prevede unità sotto strada di bobine di rame che trasferiscono l’energia dalla rete elettrica alle strade e ai veicoli in transito. L’azienda francese è in grado di fornire segmenti induttivi “incapsulati in gomma”, che trasferiscono l’energia al ricevitore del veicolo. Se avrà successo, la tecnologia potrebbe aiutare le case automobilistiche a ridurre le dimensioni e il peso delle batterie di bordo, liberando anche spazio per gli allestimenti dei veicoli. La tecnologia Electreon è stata installata per la prima volta a Tel Aviv e ora è stata impiegata in Germania, in Italia e in Svezia per una serie di test.

Datwyler

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Negli USA, invece, i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato elettroliti di gomma per le batterie EV, che secondo loro le renderanno più efficienti dal punto di vista dei costi, più sicure e più durature. La ricerca, condotta in collaborazione con il Korea Advance Institute of Science and Technology e SK Innovation, ha sostituito gli elettroliti liquidi con “polimeri a base di gomma”. Questi si sono rivelati in grado di agire come “superstrade” per il trasporto rapido degli ioni di litio, con una resistenza meccanica superiore che ha permesso di ricaricare più a lungo le batterie. Nelle batterie agli ioni di litio convenzionali, infatti, gli ioni vengono spostati da un elettrolita liquido. Tuttavia, poiché la batteria è intrinsecamente instabile, il minimo danno può causare perdite nell’elettrolita, con conseguenti esplosioni o incendi. Proprio a causa di questi problemi di sicurezza, l’industria automobilistica sta studiando le batterie allo stato solido, che possono essere realizzate con materiali ceramici inorganici o polimeri organici. Attualmente l’attenzione principale è rivolta alla costruzione di elettroliti inorganici allo stato solido, ma questi materiali sono difficili da produrre, costosi e non sono ecologici. Secondo il team di ricerca, invece, i polimeri organici a base di gomma sono potenzialmente superiori ad altri materiali, grazie al basso costo di produzione, alla non tossicità e alla natura morbida. Tuttavia, gli elettroliti polimerici convenzionali non hanno una sufficiente conduttività ionica e una stabilità meccanica sufficiente per un funzionamento affidabile delle batterie allo stato solido. Per risolvere questo problema, il team ha permesso al materiale di formare una fase di cristalli interconnessi in 3D all’interno della robusta matrice di gomma. ottenendo un’elevata conducibilità ionica, proprietà meccaniche superiori e stabilità elettrochimica. L’elettrolita di gomma può essere realizzato con un semplice processo di polimerizzazione a bassa temperatura, generando “interfacce robuste e lisce” sulla superficie degli elettrodi. Gli elettroliti di gomma impediscono la crescita di dendriti di litio e consentono un movimento più rapido degli ioni, permettendo un funzionamento affidabile delle batterie allo stato solido anche a temperatura ambiente. Aumentando l’energia specifica e la densità energetica di queste batterie, si potrà aumentare in futuro il chilometraggio delle auto elettriche. Da questi esempi riportati appare evidente che lo sviluppo dell’elettrificazione nel settore veicolistico sta spingendo con forza l’innovazione negli ambiti più svariati. Innovazione in cui la gomma, sia come materia prima sia come componenti, è destinata a giocare un ruolo centrale per la sua adattabilità e per le sue peculiarità. Georgia Institute of Technology Datwyler sta portando avanti il progetto Etemi, per lo sviluppo di materiali conduttivi elettrici e termici e di sistemi di schermatura dalle interferenze elettromagnetiche in ambito di mobilità elettrica

Una svolta nelle batterie per veicoli elettrici viene dalle ricerche condotte dal Georgia Institute of Technology con lo sviluppo di elettroliti di gomma