CIRC eV - Circular Factory for the Electrified Vehicles of the Future

Attività

La missione del Laboratorio CIRC-eV è lo sviluppo di un nuovo concetto di Fabbrica Circolare per supportare l'industria manifatturiera nel recupero e nel riutilizzo delle funzioni e del valore dei componenti post-uso da veicoli ibridi ed elettrici, favorendo l'introduzione di nuovi modelli di economia circolare per la mobilità sostenibile.

CIRC-eV è il primo laboratorio europeo dedicato al concetto di Fabbrica Circolare, integrando funzioni di disassemblaggio, testing, riassemblaggio e riciclo dei materiali nella stessa struttura, per progettare e rendere possibili nuove soluzioni di economia circolare sostenibile per il settore dell'e-mobility. CIRC-eV sarà equipaggiato con le tecnologie abilitanti fondamentali (KET – Key Enabling Technologies) per implementare tali funzioni, concentrandosi, nella sua prima configurazione, sul componente più critico per un'e-mobility sostenibile, ovvero le batterie agli ioni di litio.

L'obiettivo specifico sarà dimostrare la fattibilità tecnica ed economica della catena di processo circolare rappresentata in Figura 1.

Figura 1: Catena di processo circolare CIRC-eV per batterie agli ioni di litio.I passaggi funzionali in blu sono integrati nel laboratorio CIRC-eV.

La strategia più interessante per le batterie agli ioni di litio da settore automobilistico è legata al remanufacturing e al riutilizzo delle celle disassemblate. Le celle dotate di adeguate proprietà residue, infatti, saranno reimpiegate in applicazioni second-life stazionarie sfruttando un approccio cross-settoriale: pacchi batteria rigenerati potranno ad esempio essere sfruttati per lo storage a supporto agli impianti da fonti rinnovabili o all'interno di ambienti abitativi (casa, ufficio). Al contrario, le celle che non mantengono proprietà post-uso sufficienti ad applicazioni secondarie saranno destinate al riciclo con l'obiettivo di recuperare i materiali ad alto valore aggiunto. Lo sviluppo delle tecnologie abilitanti e dei sistemi di supporto alle decisioni consentirà di scegliere la strategia migliore per la gestione delle celle post-uso in funzione delle performance residue. A livello tecnico-scientifico, le macro-sfide del laboratorio CIRC-eV sono legate a:

• Progettazione e sviluppo di un processo e un sistema di disassemblaggio delle celle sicuro, con l’adeguato livello di flessibilità atto a gestire l’elevata varietà di tipologie di moduli batteria.
• Definizione di metodi e procedure per valutare lo stato di salute (SoH - State of Health) delle celle, caratterizzarne le modalità di degrado e stimarne la vita utile residua, consentendone l'applicazione in moduli second-life con prestazioni certificate.
• Sviluppo di metodi di supporto alle decisioni di selezione celle e riassemblaggio moduli knowledge-based e data-driven, volti a realizzare moduli second-life ottimizzati in funzione dell’applicazione più adeguata.
• Sviluppo di opportuni sistemi di controllo (BMS - Battery Management System) in grado di rispondere alle nuove specifiche e requisiti dei moduli riconvertiti per il second-life.
• Progettazione e sviluppo di pre-trattamenti meccanici altamente selettivi per recuperare i materiali di valore ed isolare la frazione attiva (Black Mass), con l'obiettivo di supportare il recupero di materiali chiave attraverso successivi trattamenti idrometallurgici.

L'impianto pilota CIRC-eV supporterà attività di ricerca ed innovazione multidisciplinari, mirate a risolvere queste sfide attraverso lo sviluppo di metodi e soluzioni tecnologiche ad elevato potenziale di trasferimento tecnologico all’industria, in grado di dimostrare la fattibilità e l’impatto economico, ambientale e sociale di un nuovo modello di business circolare per la mobilità sostenibile.

Sede

Politecnico di Milano, Campus di Milano Bovisa, Dipartimento di Meccanica, Edificio B23, Via La Masa, 1.

Attrezzature

Il laboratorio CIRC-eV integra e connette, in un contesto di fabbrica pilota, tecnologie legate alla manipolazione meccanica, al testing e ai pretrattamenti di riciclo meccanico di batterie agli ioni di litio provenienti dalla mobilità elettrica. CIRC-eV è composto da tre aree funzionali principali: un'area funzionale è definita come un gruppo di processi e relative tecnologie fisiche che contribuiscono all'implementazione di una specifica funzione.

Le tre aree funzionali sono le seguenti:

Processi meccanici: Area funzionale che esegue le operazioni necessarie ad abilitare la rigenerazione dei moduli second-life attraverso il riutilizzo delle celle e il recupero dei materiali. In quest'area sono integrati tutti i processi meccanici di disassemblaggio, riassemblaggio, taglio, macinazione e separazione. Inoltre, sono qui integrate le unità di trasporto di parti e materiali per il collegamento automatico delle diverse fasi del processo. La linea di disassemblaggio e riassemblaggio semi-automatica include unità robotizzate per la manipolazione delle celle ed il disassemblaggio delle connessioni.

Testing delle celle Li-Ion: Area funzionale che testa i moduli e le celle disassemblate per la caratterizzazione e l'analisi delle proprietà e della vita utile residue, in vista della loro applicazione second-life in moduli automotive o per applicazioni stazionarie. In quest'area sono integrate diverse tecnologie di testing, con l'obiettivo di identificare la procedura più appropriata in vista di un futuro utilizzo su larga scala. Questa unità funzionale include un ciclatore per moduli (fino a 60V/200A) e singole celle (5V/100A) multicanale, per caratterizzazione performance e stato di salute delle batterie a mezzo di diagnostiche avanzate quali IC (Incremental Capacity) o EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)

Analisi e modellazione dei dati: Area funzionale che abilita il flusso di informazioni ai processi implementati nelle altre aree funzionali, attraverso tecniche avanzate di raccolta dati, modellazione e simulazione. In quest'area sono integrati diversi sensori, ambienti di modellazione e sistemi cyber-fisici per garantire l’esecuzione sicura e ad alta efficienza dei processi di trasformazione di CIRC-eV.

Servizi forniti

CIRC-eV include le competenze multidisciplinari e le capabilities tecnologiche per supportare la ricerca, lo sviluppo e l’ingegnerizzazione di soluzioni di Economia Circolare innovative per i settori automotive ed energy storage.

In particolare, i servizi erogati da CIRC-eV includono:

• Sviluppo e studi di fattibilità tecnologica ed economica di strategie di economia circolare (disassemblaggio, riciclo e/o ricondizionamento) di prodotti ad alto valore aggiunto. In particolare, le tecnologie disponibili permettono di testare in sicurezza diverse strategie di disassemblaggio, re-assemblaggio e riciclo meccanico con elevato livello di automazione.
• Studio e messa a punto di procedure e protocolli di testing e caratterizzazione delle proprietà residue di moduli e singole celle da batterie a Li-Ion.
• Studi di Life Cycle Assessment (LCA) e Life Cycle Costing (LCC) per quantificare l’impatto collegato alle strategie di economia circolare sviluppate.
• Studio ed analisi di specifiche strategie ed applicazioni second-life, in funzione dello stato di salute del prodotto.
• Sviluppo di soluzioni di re-design di prodotti e componenti al fine di favorire l’implementazione di modelli di business circolari a maggiore valore aggiunto.
• Studio della logistica inversa al fine di supportare l’introduzione del modello di business circolare abilitato dalle soluzioni di CIRC-eV.

Modalità e costi di accesso alle attrezzature

Punto di contatto:

Prof. Marcello Colledani 

Email: marcello.colledani(at)polimi.it 

Telefono: +39.02.2399.8530

Comitato di gestione

  • Prof. Marcello Colledani (DMEC)
  • Prof. Andrea Casalegno (DENG)
  • Prof. Stefano Turri (DCMC)
  • Prof. Alessandro Perego (DIG) 
  • Prof. Letizia Tanca (DEIB)
  • Prof. Mario Grosso (DICA)