Aerei più leggeri per il volo elettrico: arrivano le batterie strutturali

Con questo articolo prende avvio la collaborazione con POLARIS Innovation Journal, pubblicazione che raccoglie articoli a carattere scientifico sulle tecnologie e le attività di Ricerca e Sviluppo di Leonardo.

Le batterie strutturali rappresentano un approccio innovativo nell'ambito dell'elettrificazione dei veicoli in generale. Il concetto si basa sulla possibilità di sfruttare altre funzionalità dei materiali oltre a quelle meccaniche al fine di progettare componenti aeronautici con doppia funzione: energy storage e capacità strutturale. La multifunzionalità permette di ridurre il peso complessivo del veicolo e a migliorarne l'efficienza energetica generale.

Questa innovazione tecnologica rappresenta infatti una soluzione molto promettente anche per l'industria aeronautica che pone nei suoi obiettivi di sostenibilità la riduzione le emissioni dei propri velivoli e il miglioramento della sostenibilità ambientale delle loro operazioni. Sebbene il processo di elettrificazione in ambito aeronautico non si possa ancora considerare implementato allo stesso livello già raggiunto in altri settori quali l'automotive, anche in questo ambito esso rappresenta comunque una strada ormai intrapresa, dalla quale non è più possibile tornare indietro e per la quale soluzioni innovative sono richieste per rispondere alle sfide del mercato.

Uno degli aspetti cruciali e fondamentali del passaggio all’elettrico è rappresentato dalle batterie ed in particolar modo dalla massa delle batterie stesse.

Da sempre, infatti, nel contesto dell'industria aeronautica, la riduzione dei pesi è di fondamentale importanza per migliorare l'efficienza energetica e ridurre di conseguenza i consumi. L'uso di materiali compositi, come le fibre di carbonio è sempre più diffuso e ha aperto la strada per uno studio sempre più approfondito dei materiali e delle loro proprietà.

Questa tendenza riflette l'importanza cruciale della ricerca e dello sviluppo di soluzioni innovative in questo ambito, caratterizzato da peculiarità molto particolari.

È stato quindi avviato un processo di trasformazione che genererà un vero salto generazionale nelle costruzioni aeronautiche, nel quale le batterie strutturali potrebbero giocare un ruolo chiave.

Nello specifico, non si tratta di fabbricare delle vere e proprie batterie come quelle commerciali ma di ricreare l’elettrochimica di queste sfruttando materiali compliant al mondo aeronautico.

Come sappiamo, il carbonio è già presente nelle batterie e l’idea è proprio di sfruttare le capacità strutturali e elettrochimiche del materiale per progettare una struttura capace di essere energy storage e di asservire i carichi meccanici di un normale aereo di linea eliminando la necessità di componenti aggiuntivi e contribuendo a ridurre il peso complessivo dell'aeromobile. Questo concetto rappresenta una svolta significativa nell'ambito della progettazione dei velivoli, poiché apre la strada a nuove possibilità per l'elettrificazione degli aeromobili e per la riduzione delle loro emissioni e dei loro consumi in generale.

Tuttavia, ci sono diverse sfide da affrontare, soprattutto per quanto riguarda la certificazione dei materiali, la sicurezza e l'affidabilità che sono di fondamentale importanza nell'industria aeronautica. Per la certificazione di nuovi materiali e tecnologie, sono richiesti numerosi sforzi in termini di processi di valutazioni e test di piccola o grande scala che devono essere condotti. La richiesta è di garantire che i materiali utilizzati rispettino gli standard e siano conformi alle normative di settore.

Per procedere su questa via, sono essenziali le collaborazioni tra università e aziende, che permettono di combinare expertise accademica e conoscenze industriali, per sviluppare soluzioni innovative e di sicuro impiego pratico. Per guidare e padroneggiare l'innovazione nel settore delle batterie strutturali e di altre tecnologie avanzate, anche Leonardo sta lavorando in stretta collaborazione con numerosi e qualificati istituti di ricerca e startup innovative, quale Volta Structure Energy - vincitore dell’iniziativa Leonardo della Business Innovation Factory nel 2022 che si sta concentrando sulla creazione di un pannello multifunzionale per satelliti e aeromobili - e Novac, che sta esplorando il potenziale delle batterie strutturali per applicazioni nel settore aerospaziale e oltre. Attraverso queste collaborazioni, è possibile, tra l’altro, accelerare non solo lo sviluppo di nuove tecnologie, ma anche la commercializzazione del prodotto finale.

Un esempio tangibile di queste collaborazioni è rappresentato dalla challenge lanciata da Leonardo “Solvers Wanted” per la quale è stato chiesto di sviluppare pannelli multifunzionali con proprietà sia meccaniche sia elettriche. Questa iniziativa stimola l'innovazione e l'interesse nel settore, incoraggiando la formazione di team multidisciplinari dedicati allo sviluppo di soluzioni creative per le sfide emergenti, che combinino conoscenze ingegneristiche, scientifiche e tecnologiche.

Il futuro delle batterie strutturali appare promettente, con opportunità di crescita e sviluppo in diversi settori industriali. Tuttavia, per massimizzare il potenziale di queste tecnologie, è necessario affrontare sfide quali, tra l’altro, la standardizzazione dei processi di produzione e l'ottimizzazione delle prestazioni. Con un impegno continuo nella ricerca e nello sviluppo, le batterie strutturali rivoluzioneranno il modo in cui progettiamo e realizziamo strutture, gestiamo l'energia e affrontiamo le sfide ambientali e tecnologiche del futuro.

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