Scienziati spagnoli sviluppano circuiti che potrebbero rendere i veicoli elettrici molto più efficienti e sostenibili

La transizione verso modelli di mobilità e di trasporto meno inquinanti e più sostenibili è una delle attuali priorità della ricerca. Il programma Horizon Europe dell'Unione europea finanzia il progetto "SCAPE", che riunisce nove centri di ricerca e cinque aziende europee per sviluppare nuovi componenti elettronici scalabili nei veicoli elettrici.

SCAPE è responsabile della proposta e della convalida di un nuovo design e di un'architettura che funzioni per tutti i veicoli a motore, dalle motociclette ai camion, attraverso la progettazione modulare e standardizzabile dei convertitori di potenza.

Una nuova cella di commutazione elettronica

Nell'ambito di questo progetto europeo, un team dell'Istituto di Microelettronica di Barcellona (IMB-CNM) del CSIC (istituo scientifico spagnolo equivalente del CNR italiano) ha sviluppato il prototipo di una nuova cella di commutazione per veicoli elettrici che consente di adattare e controllare in modo più efficiente i flussi di potenza tra i veicoli elettrici batteria e motore.

La struttura di questa cella di commutazione è totalmente nuova. La cella è modulare, scalabile e compatta, essendo implementata con la tecnologia di incorporamento di chip. Ciò significa che i chip dei dispositivi a semiconduttore di potenza, invece di essere saldati esternamente come finora, sono integrati nei circuiti stampati o nei PCB del convertitore, fornendo prestazioni migliori.

Inoltre, la combinazione di più di queste celle di commutazione faciliterà la realizzazione di circuiti elettronici necessari per la trazione di qualsiasi tipo di veicolo elettrico. E poiché si tratta di componenti modulari standardizzati, possono anche essere prodotti su larga scala, generando meno processi diversi, favorendo componenti più economici e la generazione di meno rifiuti.

Elettronica più efficiente e sostenibile

I ricercatori hanno dovuto sviluppare nuovi processi di interconnessione per inserire i chip di potenza all'interno delle schede. Inoltre, il processo di giunzione della parte inferiore dei chip è stato studiato e ottimizzato utilizzando altri materiali composti da micro e nanoparticelle d'argento. Questo materiale offre prestazioni migliori rispetto alle leghe saldanti fino ad oggi utilizzate, consentendo di sostituire l'utilizzo del piombo, evitando i problemi di tossicità legati al suo utilizzo.

Un altro aspetto da tenere in considerazione è la progettazione della struttura delle celle di commutazione. Questo progetto è un punto critico, poiché richiede di considerare un gran numero di aspetti elettrici, termici e meccanici, in una miniatura che deve essere in grado di gestire elevati livelli di tensione, corrente e potenza.

Una maggiore efficienza dei veicoli elettrici consentirà un maggiore utilizzo e un più rapido adattamento delle infrastrutture di ricarica elettrica necessarie per continuare a procedere verso la decarbonizzazione, che inevitabilmente implica una mobilità più sostenibile.

Meno rifiuti, più decarbonizzazione e maggiore elettrificazione

È essenziale ottenere elevata robustezza e durata dei componenti sviluppati per garantire un funzionamento affidabile del veicolo elettrico e ridurre al minimo i rifiuti elettronici che verrebbero generati in caso di guasto del circuito. Le tecnologie sviluppate hanno posizionato l'IMB-CNM e il CSIC in una situazione privilegiata in Europa per proseguire nello sviluppo di sistemi elettronici utilizzati specificamente nelle applicazioni di mobilità elettrica e anche nell'elettrificazione industriale.

L’elettrificazione dei processi industriali basati sui combustibili fossili mediante altri basati sull’energia elettrica di origine rinnovabile è uno degli strumenti a disposizione per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione della società, contemplati in diversi Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG) dell’Agenda 2030.