L'annuncio ufficiale dell'avvio del progetto della gigasfactory di Termoli dovrebbe arrivare a breve. Così, Stellantis darà vita alla sua prima fabbrica di batterie italiana, dopo aver iniziato i lavori di quella francese e di quella tedesca.

La Gigafactory Stellantis che nascerà grazie a una profonda riorganizzazione dello stabilimento Fiat molisano in cui al momento si producono motori endotermici, sarà gestita da ACC, joint-venture che vede soci paritari, oltre al gruppo automobilistico, anche Total e Mercedes. Fornirà batterie per le auto elettriche dei vari brand coinvolti in arrivo nei prossimi anni. 

Andando oltre alla cronaca, la domanda è: come funziona una Gigafactory? Come nasce una batteria agli ioni di litio? Proviamo a spiegarlo guardando le tre fasi principali del processo: la preparazione degli elettrodi, l’assemblaggio della cella, l’attivazione elettrochimica della batteria.

Un ambiente incontaminato

C'è una premessa d'obbligo: tutto si svolge lungo linee solitamente ad alto grado di automazione, dove le lavorazioni avvengono in ambienti supercontrollati, spesso anche con operazioni sottovuoto per scongiurare che qualsiasi tipo di impurità vada a inficiare sulla composizione chimica degli elementi e, di conseguenza, sulle prestazioni e il corretto funzionamento delle celle stesse. 

Per il resto, per la produzione di celle agli ioni di litio ci si muove come accade sulla maggior parte di oggetti complessi. E cioè lungo stazioni di lavoro in cui si parte dal trattamento delle materie prime e si arriva al prodotto finito. Vediamo come. 

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Si parte dall'impasto

Per realizzare una cella agli ioni di litio si parte dallo slurry, una soluzione viscosa in cui materiali conduttori, materiali attivi e leganti polimerici in polvere sono disciolti in un liquido acquoso o in un altro solvente per essere facilmente maneggiati. Lo slurry, che è una specie di pasta della stessa consistenza del fango, tanto per dare un'idea, viene realizzato in appositi contenitori e viene poi sparato attraverso degli ugelli a pressione su dei piani metallici, sopra i quali viene disposto in strati sottili. Questa "pasta magica" sarà il cuore degli elettrodi (il polo negativo e il polo positivo della cella stessa) e, una volta “spalmato”, viene poi rivestito ed essiccato.

Il rivestimento attraverso fogli di alluminio o rame rappresenta un’operazione fondamentale, perché aiuta ad allungare la vita delle batterie e a mantenere costanti nel tempo le prestazioni di accumulo e cessione dell’energia. Una volta rivestiti gli elettrodi, si procede a far evaporare la parte liquida dello slurry per ottenere un componente solido e più resistente.

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La cella prende forma

A questo i fogli rivestiti vengono spostati in una stazione dove vengono passati in mezzo a dei rulli che li pressano e li stabilizzano. Questa operazione si chiama calandratura.

Una volta che i fogli sono stati stabilizzati si passa al taglio, che permette di ottenere anodi e catodi delle dimensioni richieste. Saranno questi pezzi che verranno materialmente inseriti all’interno delle singole celle.

La struttura a strati

Gli elettrodi tagliati vengono montati uno sopra l’altro a formare una struttura verticale: vengono fissati attraverso l’adozione di un materiale inattivo, detto separatore. Il separatore svolge due funzioni, la prima è quella di impedire il contatto tra anodo e catodo, la seconda è quella di assorbire l’elettrolita liquido e di distribuirlo in maniera omogenea.

Già, l'elettrolita: quell'elemento che permette il passaggio degli elettroni dall'anodo al catodo e che, quindi, rende possibile il funzionamento della batteria. Ma non è finita qui: una volta inserimento l’elettrolita, infatti, la cella deve essere attivata. 

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Una questione di “rodaggio”

Nella fase finale della catena produttiva, all'interno della Gigafactory ci sono delle stanze chiuse in cui le celle affrontano l'attivazione elettrochimica. In pratica, per stabilizzarle, sono sottoposte a cicli di carica e scarica a basso voltaggio che stabilizzano la cella. 

Le celle ricevono energia per la prima volta e grazie a questi primi cicli, svolti con procedure, ritmi e potenze ben precisi, si riduce il rischio della formazione di dendriti e si proteggono i rivestimenti degli elettrodi stessi dalla corrosione. Durante questo processo di attivazione, che prevede anche delle pause di assestamento, si assiste alla formazione di gas tossici provenienti dall’elettrolita. I gas che vengono scaricati con procedimenti controllati per evitare che si disperdano nell’ambiente.

Alla fine di tutto questo, la cella può essere finalmente sigillata ed è pronta per essere utilizzata, insieme alle altre, per la produzione del modulo.

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La precisione prima di tutto

Questo, in estrema sintesi, è il processo industriale che porta alla creazione delle celle agli ioni di litio. Ripercorrendolo passo passo si capisce quante siano le criticità che si devono superare per ottenere prodotti affidabili e con buone prestazioni. Bastano pochissime impurità nel flurry, un rivestimento non perfettamente chiuso, una porosità non uniforme nel separatore per compromettere la produzione di interi lotti di preziosissime e costosissime celle.

Le competenze richieste sono altissime, ed è anche per questo che fino ad oggi le Case hanno acquistato celle da aziende che solo di questo si occupano e si sono limitate (si far per dire) ad assemblarle in moduli e poi a unire questi moduli in pacchi completi con tutto il contorno di alloggiamenti, impianti di raffreddamento ed elettronica di controllo.

Ma il mercato sta cambiando, la domanda cresce esponenzialmente, e per essere competitivi si deve essere autosufficienti. Almeno parzialmente. Stellantis ci sta provando con ACC e con la costruzione di 5 gigafactory entro il 2030. Ma la concorrenza non resta certo a guardare. E quando tutti avranno imparato a produrre celle agli ioni di litio tradizionali, sarà la volta dello stato solido. Ma questa è un’altra storia.