Accumulo di energia: in sicurezza con la giusta tecnologia delle batterie
Non tutti gli accumulatori di elettricità sono uguali. La tecnologia delle batterie installate varia, così come la sicurezza dell'accumulo. Districandoci tra i vari fili, descriviamo qui le diverse tecnologie di batterie e i relativi vantaggi e svantaggi.
La sicurezza è sempre al primo posto. Perché se così non fosse, le conseguenze potrebbero essere devastanti: Nel peggiore dei casi, anche l'accumulo di batterie può bruciare, creando un'onda di pressione - una deflagrazione. Una deflagrazione è un processo di combustione rapido, chiamato anche "deflagrazione", ed è causato da una combustione leggermente più lenta rispetto alla detonazione.
La leva da cui dovrebbe partire la tecnologia delle batterie è quindi la prevenzione degli incendi. Il modo per raggiungere questo obiettivo è scegliere la giusta forma di tecnologia.
I fatti più importanti in sintesi:
- In linea di principio, è molto improbabile che le unità di accumulo delle batterie inizino a bruciare.
- Soprattutto nell'area fissa, non ci sono praticamente influssi esterni che possano danneggiare l'unità di stoccaggio e quindi metterla in pericolo.
- Ma anche se la probabilità di danneggiare l'unità di stoccaggio a causa di influenze esterne è molto bassa, ci sono alcuni aspetti rilevanti per la sicurezza che devono essere presi in considerazione quando si sceglie la tecnologia di stoccaggio. Ci sono diverse buone ragioni per cui noi di neoom Batterien abbiamo scelto deliberatamente la tecnologia del litio ferro fosfato. Nelle spiegazioni tecniche che seguono illustriamo quali sono questi elementi.
Stella nascente: batterie agli ioni di litio
Nell'ambito delle batterie agli ioni di litio, si distinguono due tipi principali in base alla tecnologia delle celle: Celle basate su ossidi di litio nichel manganese cobalto (NMC) e litio ferro fosfato (LFP).
Ossidi di litio-nichel-manganese-cobalto (NMC)
La tecnologia NMC presenta anche dei vantaggi: Le batterie possono essere ricaricate rapidamente e hanno un'alta densità energetica, ma non invecchiano. Sono la scelta giusta per le auto elettriche grazie alla loro alta densità energetica e all'ingombro ridotto. Lo svantaggio: nel caso di microfessure, molta energia fuoriesce in uno spazio ridotto, il che porta a un elevato calore e quindi a un incendio. Ma non solo le microfratture possono causare incendi nelle celle con materiale catodico chimicamente e termicamente instabile, come l'ossido di litio e cobalto (LCO) o l'ossido di nichel manganese e cobalto (NMC). Una forte generazione di calore dovuta a un sovraccarico, a un cortocircuito interno o esterno, a un danno meccanico, a una contaminazione legata alla produzione o a una forte esposizione al calore esterno può anche causare una reazione chimica esotermica all'interno della cella. Ne consegue una devastante reazione a catena: l'energia termica liberata aumenta il tasso di reazione della chimica cellulare e fa aumentare ulteriormente la temperatura interna della cellula. Se si supera un limite di temperatura specifico, questo processo di autoaccelerazione non può più essere fermato. Questo limite di temperatura dipende dalla chimica della cella utilizzata. Per l'ossido di litio e cobalto (LCO), ad esempio, è di 150 °C. Quando si raggiunge il limite di temperatura, si verifica una fuga termica che può portare all'incendio o all'esplosione della cella. Poiché l'ossigeno legato al materiale del catodo (dopotutto si tratta di tecnologia all'ossido di cobalto e litio) viene rilasciato, l'incendio di una cella di questo tipo è molto difficile da estinguere e brucia anche sott'acqua.
I test condotti con un cortocircuito simulato mostrano lo sviluppo di temperature molto elevate, superiori a 700°C, che possono fondere il separatore tra le singole celle e quindi diffondersi alle altre celle e provocare il già citato incendio estinguibile.
Questo aspetto è meno critico in un'auto, perché spesso un incendio viene notato rapidamente e l'auto elettrica può essere abbandonata velocemente. Tesla installa quindi le batterie LFP nelle sue auto elettriche, tra le altre cose. Infine, un ulteriore vantaggio: le batterie NMC sono ora più economiche grazie alla produzione di massa dell'industria automobilistica.
Batterie al litio ferro fosfato (LiFePO)
Le batterie al litio-ferro-fosfato, invece, hanno una densità energetica inferiore rispetto a molti altri materiali catodici, come NMC o NCA, a causa della loro tensione nominale più bassa, pari a 3,2 V, e richiedono quindi più spazio.
Per questo motivo, sono più adatti per lo stoccaggio in casa, perché lo spazio in cantina non è un problema, a differenza di un'automobile. In caso di microfratture, le LiFePO generano meno calore e quindi non rappresentano un rischio di incendio. Nei test, anche le batterie al litio ferro fosfato completamente cariche non hanno mostrato una reazione paragonabile a quella delle celle NMC o NCA. Le batterie Li-Fe-PO non sono bruciate né hanno raggiunto temperature critiche che potrebbero fondere il separatore o diffondersi ad altre celle. Questo è stato riscontrato anche da uno studio indipendente finanziato dal Ministero Federale Tedesco per gli Affari Economici e l'Energia ("Compendio: batterie agli ioni di litio") dall'Associazione per le tecnologie elettriche, elettroniche e informatiche (VDE) e dalla Commissione tedesca per le tecnologie elettriche, elettroniche e informatiche (DKE). Lo studio mette a confronto le diverse tecnologie di batterie al litio e conclude: "A differenza degli ossidi, il fosfato di ferro e litio (LFP) non mostra effetti termici fino a 300 °C". Tra l'altro, questo mette fuori gioco la LFP in termini di sicurezza". E sottolinea ancora una volta: "In caso di incidente, l'ossigeno può svilupparsi nel caso degli ossidi, con conseguenze di incendio. L'NCA (ossido di alluminio nichel cobalto litio) è particolarmente critico in questo contesto".
Tartaruga contro lepre
Le differenze tra la tecnologia NMC/NCA e quella del litio-ferro-fosfato possono essere illustrate in modo illustrativo:
Conoscete la favola della corsa tra la tartaruga e la lepre? In caso contrario, ecco il riassunto in breve: Nella favola dell'antico favolista greco Esopo, una lepre si prende gioco della lenta tartaruga. La tartaruga sfida la lepre in una gara. Rapidamente, la lepre è in vantaggio di una lunghezza e molto più della tartaruga. Sicuro di vincere comunque la gara, fa un pisolino durante la corsa. Ma quando la lepre si sveglia, scopre che la tartaruga, che camminava lentamente ma con costanza, ha vinto la gara. Morale della favola: la perseveranza vince.
Ed è per questo che preferiamo affidarci alle tartarughe piuttosto che alle lepri. Nel nostro esempio, le tartarughe sono le batterie al litio-ferro-fosfato: si caricano più lentamente, hanno una bassa densità energetica, ma vivono molto a lungo.
Le lepri, invece, sono le batterie con tecnologia NMC / NCA: veloci, ad alta densità energetica - ma non invecchiano. Anche il fatto che si ricarichino più velocemente non porta alcun vantaggio, perché le batterie domestiche non si caricano in 5-10 minuti, ma in 3-4 ore. Pertanto, perdono la gara.