La sicurezza è una caratteristica di design a tutti gli effetti con le batterie al litio, e per una buona ragione. Come tutti abbiamo visto, la chimica e la densità di energia che consente alle batterie agli ioni di litio di funzionare così bene le rende anche infiammabili, quindi quando le batterie non funzionano, spesso creano un pasticcio spettacolare e pericoloso.
Tutte le sostanze chimiche del litio non sono uguali. In effetti, la maggior parte dei consumatori americani, a parte gli appassionati di elettronica, conosce solo una gamma limitata di soluzioni al litio. Le versioni più comuni sono realizzate con formulazioni di ossido di cobalto, ossido di manganese e ossido di nichel.
Per prima cosa, facciamo un passo indietro nel tempo. Le batterie agli ioni di litio sono un'innovazione molto più recente e esistono solo negli ultimi 25 anni. Durante questo periodo, le tecnologie al litio sono diventate sempre più popolari poiché si sono dimostrate preziose per alimentare dispositivi elettronici più piccoli, come laptop e telefoni cellulari. Ma come forse ricorderai da diverse notizie negli ultimi anni, le batterie agli ioni di litio hanno anche guadagnato la reputazione di prendere fuoco. Fino a qualche anno fa, questo era uno dei motivi principali per cui il litio non era comunemente usato per creare grandi banchi di batterie.
Ma poi è arrivato fosfato di ferro di litio (LiFePO4). Questo nuovo tipo di soluzione di litio era intrinsecamente non combustibile, pur consentendo una densità di energia leggermente inferiore. Le batterie LiFePO4 non erano solo più sicure, ma presentavano molti vantaggi rispetto ad altri prodotti chimici al litio, in particolare per applicazioni ad alta potenza, come l'energia rinnovabile.
Prima di immergerci nelle caratteristiche di sicurezza del litio ferro fosfato, rinfresciamoci su come si verificano i malfunzionamenti della batteria al litio.
Le batterie agli ioni di litio esplodono quando la carica completa della batteria viene rilasciata istantaneamente o quando le sostanze chimiche liquide si mescolano con contaminanti estranei e si incendiano. Ciò accade tipicamente in tre modi: danno fisico, sovraccarico o rottura dell'elettrolito.
Ad esempio, se il separatore interno o il circuito di carica è danneggiato o non funziona correttamente, non ci sono barriere di sicurezza che impediscono agli elettroliti di fondersi e provocare una reazione chimica esplosiva, che poi rompe la confezione della batteria, combina la sospensione chimica con l'ossigeno e istantaneamente accende tutti i componenti.
Ci sono altri modi in cui le batterie al litio possono esplodere o prendere fuoco, ma gli scenari di fuga termica come questi sono i più comuni. Comune è un termine relativo, tuttavia, perché le batterie agli ioni di litio alimentano la maggior parte dei prodotti ricaricabili sul mercato ed è piuttosto raro che si verifichino richiami su larga scala o paure per la sicurezza.
Sebbene le batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) non siano esattamente nuove, stanno solo ora prendendo piede nei mercati commerciali globali. Ecco una rapida analisi di ciò che rende le batterie LiFePO4 più sicure rispetto ad altre soluzioni di batterie al litio.
Le batterie LiFePO4 sono meglio conosciute per il loro forte profilo di sicurezza, il risultato di una chimica estremamente stabile. Le batterie a base di fosfato offrono una struttura chimica e meccanica superiore che non si surriscalda a livelli pericolosi. Fornendo così un aumento della sicurezza rispetto alle batterie agli ioni di litio realizzate con altri materiali catodici.
Questo perché gli stati di carica e scarica di LiFePO4 sono fisicamente simili e molto robusti, il che consente agli ioni di rimanere stabili durante il flusso di ossigeno che si verifica insieme a cicli di carica o possibili malfunzionamenti. Nel complesso, il legame ferro fosfato-ossido è più forte del legame ossido di cobalto, quindi quando la batteria è sovraccarica o soggetta a danni fisici, il legame fosfato-ossido rimane strutturalmente stabile; mentre in altre chimiche del litio i legami iniziano a rompersi e a rilasciare calore eccessivo, che alla fine porta a una fuga termica.
Le celle al fosfato di litio sono incombustibili, caratteristica importante in caso di uso improprio durante la carica o lo scaricamento. Possono anche resistere a condizioni difficili, che si tratti di freddo gelido, caldo torrido o terreno accidentato.
Se sottoposti a eventi pericolosi, come collisioni o cortocircuiti, non esplodono né prendono fuoco, riducendo notevolmente le possibilità di danni. Se stai selezionando una batteria al litio e prevedi l'uso in ambienti pericolosi o instabili, LiFePO4 è probabilmente la scelta migliore.
La maggior parte delle batterie LiFePO4 sono inoltre dotate di un sistema di gestione della batteria (BMS) che ha molte caratteristiche di sicurezza extra tra cui; protezione da sovracorrente, sovratensione, sottotensione e sovratemperatura e le celle sono fornite in un involucro di acciaio inossidabile a prova di esplosione.
Vale anche la pena ricordare che le batterie LiFePO4 sono atossiche, non contaminanti e non contengono metalli delle terre rare, il che le rende una scelta attenta all'ambiente. Le batterie al piombo-acido e all'ossido di nichel al litio comportano un rischio ambientale significativo (soprattutto acido al piombo, poiché le sostanze chimiche interne degradano la struttura sul team e alla fine causano perdite). Rispetto alle batterie al piombo-acido e ad altre batterie al litio, le batterie al litio ferro fosfato offrono vantaggi significativi, tra cui una migliore efficienza di scarica e carica, maggiore durata e capacità di ciclo profondo mantenendo le prestazioni. Le batterie LiFePO4 hanno spesso un prezzo più alto, ma un costo molto migliore per tutta la durata del prodotto, una manutenzione minima e una sostituzione rara le rende un investimento utile e una soluzione più sicura a lungo termine.
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