Iniziamo con un semplice saluto. Ciao Markus! Avevi offerto di parlare con me riguardo alle batterie, perché avevo detto che una cella di una batteria che avevo aperto non era compressa e poi ho ammesso di non conoscermi molto in materia. Allora mi sono permesso di scrivere un commento con alcuni punti riguardo alla compressione e al motivo per cui è importante, e poi siamo entrati in contatto e abbiamo scambiato alcune informazioni. Ovviamente, poi ho scoperto che lavori nel campo delle batterie al litio, nella ricerca sui materiali degli elettrodi, e quindi ho pensato che avresti potuto fornire un contributo qualificato al tema. Dopo la nostra prima conversazione, abbiamo deciso di sederci insieme e discutere del motivo per cui si parla tanto di compressione delle batterie.

Forse dobbiamo fare un passo indietro per spiegare il motivo per cui si raccomanda di comprimere le batterie con una forza di 300 kg. In realtà, questa forza non è così grande e non è necessario utilizzare presse idrauliche pesanti per raggiungere tale compressione. Tuttavia, è vero che durante i primi cicli delle batterie si formano bolle di gas che possono ostacolare il trasporto elettrico e la carica, causando effetti negativi sulle zone periferiche e un invecchiamento precoce delle celle.

Un altro effetto che si verifica nelle batterie è l’espansione delle celle, che è legata all’elettrochimica interna. Tuttavia, non è possibile prevenire tale espansione con una pressione di 300 kg o anche con molte tonnellate applicate al contenitore. La cella deve essere in grado di gestire questa espansione e contrazione durante i cicli di carica e scarica.

Le forze a livello atomico coinvolte nell’espansione delle celle non possono essere compensate da nessuna pressa al mondo. Ad esempio, nelle celle al litio, gli ioni di litio migrano da un lato all’altro della cella attraverso uno spazio tra gli strati di grafite. Quando si caricano, gli ioni di litio aumentano leggermente di dimensioni, spostando gli strati di grafite leggermente più lontano l’uno dall’altro. Tuttavia, questo processo non può essere fermato o invertito.

Il motivo principale per cui si raccomanda la compressione delle batterie riguarda la formazione di bolle di gas, che, come abbiamo detto, si verificano principalmente durante i primi cicli di carica. A differenza delle batterie al piombo, che utilizzano elettroliti a base di acqua, le batterie al litio utilizzano elettroliti organici che sono completamente privi di acqua. Nei primi cicli di carica, la formazione di gas può essere dovuta a diversi motivi.
Prima di tutto, questi materiali sono porosi, il che permette loro di assorbire l’elettrolita. Quando ci sono pori, c’è anche gas inizialmente. Poiché l’intera struttura viene assemblata sotto un’atmosfera protettiva, i pori sono pieni di gas. Durante il riempimento, si cerca di rimuovere la maggior parte del gas, ad esempio attraverso l’applicazione del vuoto e l’aggiunta dell’elettrolita. Tuttavia, il materiale poroso trattiene i gas a causa delle forze di assorbimento.

Per rimuovere completamente le molecole di gas dalla superficie, sarebbe necessario un alto vuoto e temperature di diverse centinaia di gradi. Tuttavia, ciò non è possibile perché i materiali utilizzati all’interno, in particolare il separatore (di solito una pellicola porosa di polietilene), non sopportano temperature superiori a 90°C senza subire modifiche che compromettono la loro funzionalità elettrochimica.

Quando la temperatura interna raggiunge i 90°C, il separatore inizia a degradarsi lentamente. Esistono separatori chiamati “shutdown separator” costituiti da polipropilene e una struttura interna di polietilene, che si fondono ad alte temperature, interrompendo il flusso di corrente. Tuttavia, questo è un processo irreversibile e la batteria deve essere sostituita.

Per quanto riguarda la misurazione delle temperature, il corretto posizionamento del sensore è essenziale. Idealmente, il sensore dovrebbe essere posizionato tra le celle o in contatto diretto con la cella stessa. Tuttavia, molti sistemi di gestione della batteria (BMS) utilizzano sensori mal posizionati che non forniscono misurazioni rappresentative della temperatura reale della cella.

Le batterie agli ioni di litio funzionano meglio in un intervallo di temperatura compreso tra 15 e 40°C. Caricare o scaricare la batteria ad alte temperature può ridurre la durata del ciclo. Per quanto riguarda il riscaldamento delle celle, l’uso di pellicole riscaldanti può essere una soluzione, ma è importante prestare attenzione alla corretta installazione e al controllo della temperatura per evitare il surriscaldamento.
Prima di tutto, le batterie al fosfato di ferro e litio (LiFePO4) sono piuttosto sensibili alle basse temperature quando si tratta di caricarle. Questo ha a che fare con la struttura dell’anodo e la capacità del materiale di rilasciare ioni di litio dalla parte del catodo. Quando si carica, gli ioni di litio devono essere spinti fuori dal catodo, attraversare il separatore e atterrare sulla superficie dell’anodo, dove vengono neutralizzati e immagazzinati nella matrice di carbonio.

Un utente di un forum ha fatto un buon confronto tra questo processo e un gruppo di api che cercano di entrare nell’alveare attraverso un’unica apertura quando fa freddo. Gli ioni di litio si ammassano all’esterno, simile a come fanno le api. Il problema è che il litio è un metallo e vorrebbe formare uno strato metallico con atomi di litio neutri, il che non è favorevole, poiché il litio non sarebbe più disponibile per i processi reversibili di carica e scarica. Pertanto, se si carica una batteria a 0 gradi con alte correnti, è più probabile che si formi uno strato di litio metallico, che non può essere riportato al lato del catodo.

Questo problema può essere risolto applicando tensioni più elevate per ossidare nuovamente il litio, ma ci sono altre considerazioni che impediscono questo approccio. Le celle al litio nichel-manganese-cobalto (NMC), che sono comunemente utilizzate nelle batterie degli smartphone, non sono così sensibili alle basse temperature a causa dei diversi materiali utilizzati per anodi e catodi.

Esistono anche celle al fosfato di ferro e litio stabilizzate all’ittrio (LiFeYPO4), sviluppate principalmente per applicazioni militari, che possono essere caricate fino a -20°C senza problemi. Le celle Winston, ad esempio, possono essere utilizzate a questa temperatura.

Un’altra preoccupazione è la formazione di dendriti metallici, che sono aghi microscopici che possono perforare il separatore e causare un cortocircuito. Tuttavia, questo è meno critico nelle celle al fosfato di ferro e litio, poiché i dendriti si rompono quando si forma il cortocircuito. Le celle NMC, d’altra parte, rilasciano ossigeno quando si forma un cortocircuito, il che può causare un aumento delle temperature e l’ossidazione del materiale, accelerando ulteriormente il processo. Questo può portare a uno stato incontrollabile chiamato “fuga termica”.

Le celle al fosfato di ferro e litio, tuttavia, sono più sicure perché l’ossigeno è legato ai fosfati e non viene rilasciato facilmente. Se si dovesse guidare un chiodo attraverso una di queste celle, si verificherebbero cortocircuiti e rilascio di calore, ma non un aumento incontrollato della temperatura. Tuttavia, se la cella dovesse surriscaldarsi e il dispositivo di sovrapressione dovesse attivarsi, allora verrebbero rilasciati gas elettrolitici organici, che sono infiammabili. Nonostante ciò, le celle al fosfato di ferro e litio sono generalmente considerate più sicure delle celle NMC, poiché non rilasciano facilmente ossigeno, il che impedisce l’ulteriore accelerazione del processo di surriscaldamento e potenziali problemi di sicurezza.
Sì, non è particolarmente infiammabile, ma è comunque un po’ combustibile. Quando si verifica un corto circuito in una batteria carica, l’energia deve andare da qualche parte. Con le vecchie chimiche, come quella del litio nickel manganese cobalto, oltre all’energia elettrica, viene rilasciata anche l’energia chimica immagazzinata, il che rende la situazione molto più pericolosa. Tuttavia, spegnere un incendio con acqua in entrambi i casi sarebbe problematico, poiché il litio reagisce male con l’acqua, formando idrogeno e ossido di litio, entrambi infiammabili.

Per quanto riguarda i riscaldatori per batterie, esistono alcune soluzioni come le versioni “artiche” delle batterie, che includono riscaldatori integrati o esterni. I sistemi di gestione della batteria (BMS) utilizzati con queste batterie hanno la capacità di bloccare la porta di carica ma consentire l’energia di passare attraverso il riscaldatore. Quando la batteria raggiunge una temperatura sufficiente, la porta di carica viene sbloccata e la batteria può essere caricata normalmente.

Il riscaldamento delle batterie ha anche un effetto sulla resistenza interna delle celle, che dipende dalla temperatura. Gli elettroliti organici hanno una curva caratteristica piuttosto pronunciata in questo senso. Quando la batteria si riscalda, la resistenza interna diminuisce, permettendo un flusso di corrente maggiore.

I riscaldatori dovrebbero idealmente essere posizionati tra le batterie per garantire un riscaldamento uniforme. Anche se posizionati sul fondo delle batterie, la conduzione del calore attraverso i materiali metallici delle batterie dovrebbe essere sufficiente per riscaldare l’intero pacco.

È importante misurare la temperatura in un punto rappresentativo all’interno del pacco batterie per evitare di riscaldare troppo le celle. Esistono anche batterie che includono sensori di temperatura per monitorare e controllare il processo di riscaldamento in modo più preciso.
Non ho ancora visto batterie con elementi riscaldanti integrati, ma ho notato che molti le utilizzano in contesti domestici piuttosto che in veicoli. Ad esempio, potrei immaginare che in un camper potrebbe essere utile, ma forse non è molto comune nella pratica. Personalmente, provengo dal mondo dei camper e ho costruito una batteria al litio per il mio veicolo.

In genere, la temperatura interna di un camper quando si è parcheggiati in inverno si aggira tra i -7 e i -10 gradi Celsius. Se si parcheggia il camper per un weekend in Siberia a -30 gradi, sarebbe utile avere un sistema di riscaldamento per la batteria. Mentre guidare un camper freddo a -15 gradi non è ideale, è possibile utilizzare la batteria per alimentare luci e riscaldamento fino a raggiungere temperature più confortevoli, come -5 gradi.

Una volta raggiunta questa temperatura, la batteria può essere caricata a una temperatura minima di circa 2 gradi Celsius. Durante la carica, la batteria si riscalda ulteriormente e può raggiungere temperature di 6-7 gradi Celsius. In pratica, è possibile utilizzare i dispositivi alimentati dalla batteria per riscaldare l’interno del camper.

Tuttavia, ci sono alcuni camper con batterie posizionate in aree esterne, come sotto il gradino dell’ingresso. In questi casi, avere un riscaldatore per la batteria potrebbe essere utile. D’altra parte, potrebbe essere meglio spostare la batteria in un’area interna più protetta e collegarla lì, piuttosto che posizionarla in un’area esterna esposta.

È importante notare che l’uso delle batterie nei camper è cambiato nel tempo. In passato, le batterie venivano utilizzate principalmente per alimentare luci, riscaldamento e pompe dell’acqua. Oggi, le persone utilizzano anche le batterie per caricare dispositivi come cellulari e laptop, e molti possessori di camper usano e-bike con batterie di grandi dimensioni.

Quando un proprietario di camper chiede consiglio sulla scelta di una batteria, è importante considerare quanti dispositivi elettrici verranno utilizzati e se ci sono e-bike coinvolte. Se ci sono due e-bike con batterie da 750 wattora, potrebbe essere necessario un sistema di batterie al litio con una capacità di 300-400 ampereora per soddisfare le esigenze energetiche. Una batteria al piombo non sarebbe in grado di fornire la stessa quantità di energia e richiederebbe una capacità molto maggiore, rendendola più pesante e ingombrante.
La follia degli inverter riguarda da qualche parte un caricabatterie, ma anche una macchina per il caffè automatica. Personalmente, non ne ho bisogno, uso una caffettiera sul fornello a gas. Le mie domande riguardano il passaggio a 24 Volt, poiché la maggior parte degli impianti elettrici di bordo utilizzano 12 Volt. È possibile utilizzare una potenza maggiore o è solo un’idea sbagliata che si debbano utilizzare 24 Volt per collegare un inverter da 1500 Watt?

A seconda della distanza, potrebbe essere necessario utilizzare cavi spessi, come quelli con una sezione trasversale di 25-35 mm². I cavi spessi sono necessari a causa delle correnti elevate che devono fluire attraverso di essi. Ad esempio, un inverter da 1500 Watt richiede circa 130 ampere di corrente a un livello di tensione tipico delle celle. Questo significa che si dovrebbe prestare attenzione alla distanza e alla temperatura durante il funzionamento.

Un’altra considerazione è la frequenza di utilizzo delle batterie, in particolare per quanto riguarda la profondità di scarica. Non sono del tutto sicuro riguardo alle batterie al piombo, ma so che le batterie al litio-ferro-fosfato (LiFePO4) utilizzate in applicazioni mobili e autobus in Asia hanno una durata di 3.000-5.000 cicli di carica/scarica senza problemi, mantenendo l’80% della capacità.

Che si tratti di un’imbarcazione o di un camper, una volta installata una batteria LiFePO4, è possibile dimenticarsi della manutenzione della batteria. Le nuove batterie con sistemi di gestione della batteria (BMS) Bluetooth consentono di monitorare facilmente lo stato della batteria, il che non era possibile con le vecchie batterie al piombo.

Inoltre, c’è spesso un dibattito su cosa costituisca un ciclo di carica/scarica per una batteria. Un ciclo completo si riferisce al processo di scaricare completamente e ricaricare completamente una batteria, tipico delle applicazioni domestiche con sistemi di accumulo fotovoltaico. Tuttavia, nelle applicazioni mobili, le profondità di scarica sono solitamente più basse, poiché le batterie vengono ricaricate periodicamente attraverso pannelli solari o mentre il veicolo è in movimento.

In sintesi, se una batteria ha una durata dichiarata di 3.000 cicli, è probabile che mantenga l’80% della sua capacità anche dopo aver raggiunto quel numero di cicli.
Qualità buona e separata, ci sono ovviamente inverter da 1000 €, alcuni da 400 € e altri da 300 €. Ma ora parliamo di quello che posso ottenere oggi con garanzia e assistenza nel caso ci siano problemi. 200 Ampereora per 1000 €. Okay, facciamo 1000 € per avere un numero tondo.

Per ottenere la stessa capacità di una batteria al piombo, avrei bisogno di almeno quattro batterie da 100 Ah per raggiungere la resistenza ai cicli di 600 cicli. In pratica, però, non conosco alcuna batteria al piombo che abbia raggiunto questo traguardo. Quindi, avrei bisogno di quattro blocchi da 100 Ah al piombo per fornire 200 Ah al 50% di profondità di scarica. Una buona batteria al piombo costa 200 €, quindi 400 € in totale. Quindi spenderei 800 € e raggiungerei solo 1500 cicli. Se spendessi altri 800 € e lo facessi sei volte, raggiungerei i 3000 cicli di una batteria al litio.

Il problema del peso è anche un problema cronico per i camper, soprattutto nella categoria delle 3,5 tonnellate. In Germania, ad esempio, ci sono limitazioni sul peso complessivo che un camper può trasportare. In Austria, invece, vengono applicate multe per il sovraccarico.

Per quanto riguarda il sistema di gestione della batteria (BMS) Bluetooth e altri dispositivi, ha senso utilizzare bilanciatori attivi e simili? In parte sì. Nessun produttore di massa di batterie può permettersi di bilanciare perfettamente migliaia di celle per lunghi periodi. Pertanto, i bilanciatori attivi hanno senso per le batterie finite.

Se qualcuno costruisce un pacchetto di batterie a casa e lo carica a pieno per 10-14 giorni con una fonte di carica da 5-10 A, potrebbe non essere necessario utilizzare un bilanciatore attivo. Tuttavia, i BMS tradizionali hanno correnti di bilanciamento di soli 200 mA, mentre alcuni modelli più recenti sul mercato hanno correnti di bilanciamento di circa 1 A.

Un buon bilanciatore attivo basato su condensatori con una capacità di 5 A può appiattire rapidamente le differenze di tensione tra le celle. Se la batteria è in buone condizioni, il bilanciatore avrà poco lavoro da fare. Tuttavia, se ci sono problemi, come un inverter che dimentichi di spegnere mentre il camper è parcheggiato per diverse settimane, un bilanciatore attivo può aiutare a risolvere la situazione.

Se un bilanciatore attivo non è installato, la batteria potrebbe continuamente scendere al di sotto della tensione minima di funzionamento, il che potrebbe causare danni permanenti alla batteria. Le batterie al litio non gradiscono essere completamente scaricate, e se lo sono, potrebbero perdere tensione in modo permanente.

Abbiamo discusso in precedenza riguardo ai 3,65 volt e ricordo di aver parlato al telefono riguardo a questo. Le batterie al litio-ferro-fosfato preferiscono essere mantenute a tensioni moderate e non devono essere caricate o scaricate completamente. Mantenere le tensioni all’interno di un intervallo ottimale può aiutare a prolungare la vita delle celle e garantire prestazioni costanti nel tempo.

In sintesi, la scelta tra batterie al piombo e al litio dipende dalle esigenze specifiche dell’utente e dal budget a disposizione. Le batterie al litio offrono vantaggi in termini di peso, durata e prestazioni, ma potrebbero essere più costose all’inizio. Tuttavia, considerando il numero di cicli di vita e la manutenzione ridotta, le batterie al litio potrebbero rivelarsi un investimento più conveniente nel lungo termine. L’utilizzo di un BMS Bluetooth e bilanciatori attivi può aiutare a garantire che le batterie al litio funzionino in modo ottimale e abbiano una vita più lunga.
Abbiamo parlato brevemente della tensione nelle batterie al litio-ferro-fosfato e di come sia difficile determinare la capacità delle celle basandosi sul loro profilo di tensione. Tra quasi scariche e quasi piene, queste batterie hanno una curva di tensione pressoché orizzontale. Solo quando si avvicinano agli estremi di carica e scarica, le tensioni delle celle iniziano a divergere.

Nelle batterie al litio-ferro-fosfato, la tensione massima consigliata è di 3,65 volt, che è leggermente inferiore al limite assoluto di 3,75 volt. Alcune celle possono tollerare tensioni fino a 4 volt, ma questo è raro e non fa molta differenza. Se si carica una cella a 3,65 volt (o 14,6 volt per un pacco batteria a 4 celle), non si verificano problemi e la cella sarà carica al 99% della sua capacità massima. Questa tensione permette anche al bilanciatore di lavorare senza problemi.

Se si utilizza un caricabatterie solare, si consiglia di impostare la tensione di fine carica a un valore leggermente inferiore, ad esempio 14,2 volt, per evitare che il caricabatterie si spenga quando la tensione solare è ancora presente. Per i caricabatterie a corrente alternata, si può impostare la tensione di fine carica a 14,4 volt o 14,3 volt, a seconda delle preferenze.

La tensione minima consigliata per queste batterie è di 2,5 volt, anche se personalmente si consiglia di non scendere al di sotto dei 2,75 volt (11 volt per un pacco a 4 celle). Quando la tensione scende al di sotto di questi valori, la struttura della cella può essere danneggiata permanentemente, portando a una perdita di capacità.

Le batterie al litio-ferro-fosfato sono in grado di sopportare una completa rimozione del litio dalla loro struttura cristallina senza subire danni permanenti, a differenza delle celle NMC (nichel-manganese-cobalto), che possono sopportare solo la rimozione del 50% del litio. Questo è un aspetto importante da considerare quando si parla di sostenibilità delle batterie.

Le celle delle batterie sono costituite da sottili strati di materiale attivo su substrati metallici. Ad esempio, un’anodo è costituito da uno strato di materiale attivo su un substrato di rame. Crediamo di aver parlato brevemente anche di questo: probabilmente con le lenti, nell’area in cui, se disegno qui sul tavolo, la curva sale lentamente in una curva piuttosto lunga, quindi sono tra quasi vuoto e quasi pieno, hanno una curva quasi orizzontale che non conoscono. Ecco perché è molto difficile derivare la capacità dal profilo di tensione. Nel campo di tensione superiore, iniziano a dividersi e lì succede qualcosa anche con la chimica delle celle. Nell’area di alta tensione, ci sono anche processi elettrici che poi vanno all’elettrolita, che iniziano o che possono anche fermarsi in parte. Quindi, la tensione superiore deve essere limitata e 3,65 Volt è un buon valore perché sono ancora lontano dalla tensione limite assoluta di 3,75 Volt.

Si dice sempre che 3,75 Volt è il limite massimo assoluto, ci sono pochissimi tipi che possono raggiungere i 4 Volt, ma in realtà non importa, 3,75 Volt è lo standard per queste celle. Quindi, se carico 3,65 Volt, ovvero 14,6 Volt su quattro celle, la tensione di fine carica, la tensione finale di carica, allora non succede nulla e bisogna anche dire onestamente che se carico ora 14,2 perché a volte 3,5%, allora la cella non è al 100% piena ma al 99% piena, quindi la capacità disponibile non conta affatto, ma sono nell’area in cui il bilanciatore può lavorare, dove nessuna porta di carica è chiusa e quindi, per esempio, faccio così quando c’è un caricabatterie solare che può sempre fornire, questa è la fonte di tensione più bassa, se lo sapevo, viene impostato su una tensione leggermente più alta in modo che non si spenga quando il sistema solare è ancora in funzione perché poi dice che ci sono già 14,2 Volt e regola verso il basso, quindi di solito prende 14,4 Volt e un caricabatterie da rete che può anche appendere lì per molte ore, poi prende 14,14,3 Volt a seconda di ciò che posso impostare.

Quindi, se vuoi andare sul sicuro, potresti smettere un po’ prima, ma poi non entri nell’area in cui riesci a fare qualcosa e si raccomanda la tensione più bassa di 2,5 Volt, non lo consiglierei personalmente se puoi impostarlo, non sempre su 2,75 Volt va a 11 Volt va bene e cosa succede poi se la tensione è al di sotto di questo, se è completamente scarica, allora la catodo cambia permanentemente e poi perdo di nuovo capacità, poi il litio viene nuovamente immagazzinato se quando gli elettrodi completamente scarichi si attaccano un po’ insieme per la prima volta, per la prima volta sposati insieme e con il sistema elettrico la tipica tensione di 0,2 0,3 Volt e poi inizio a mettere tensione per la prima volta Allora, accadono alcune cose importanti. Durante questa fase iniziale, il litio viene immagazzinato e legato agli elettrodi in modo permanente, il che può portare a una riduzione della capacità della batteria. È importante, quindi, evitare di scaricare completamente la batteria al di sotto della tensione minima consigliata per preservare la sua capacità e la sua vita utile.

In sintesi, è fondamentale mantenere la batteria all’interno del range di tensione consigliato, evitando di caricarla completamente o scaricarla completamente, per preservare la sua capacità e prolungare la sua durata. Osservando queste precauzioni e monitorando attentamente le tensioni durante il processo di carica e scarica, si può garantire un funzionamento ottimale e sicuro della batteria.
Quando passo sopra, si nota che l’intera superficie presenta piccole asperità e viene ulteriormente compressa. Tuttavia, a causa dell’espansione e della contrazione, il substrato inizialmente calandrato si allenta leggermente. Ciò significa che, quando è inserito in un involucro rigido, la pressione interna aumenta, esercitando una forza maggiore sui singoli strati degli elettrodi. Ciò, tuttavia, non significa che la cella debba gonfiarsi. Se riempio la cella con il massimo substrato possibile, potrebbe essere che la cella presenti una leggera convessità.

Mi chiedevo, ci sono sempre quelle storie di batterie che gonfiano e così via. Esistono celle con diverse configurazioni, ad esempio ho qui un campione preparato, una cella di esercitazione dal nostro laboratorio. È stato fatto da un tirocinante, non c’è un separatore, come si può vedere qui. Sì, è un po’ danneggiata e l’esterno, che tutti conoscono, è un nastro isolante. Ma un nastro isolante non è ovviamente come un separatore ad alta tecnologia, quindi per l’allenamento usiamo semplicemente pezzi di elettrodi.

È possibile aprire la cella e vedere come è strutturata. Ora lo faccio con un cutter, anche se è molto pericoloso e in realtà vietato. Questi nastri adesivi in Kapton sono sempre molto resistenti, ma ora l’abbiamo aperto. Ora, se si srotola una cella, si vedono alcuni strati intorno ad essa, ma qui si può vedere uno strato di elettrodi, uno strato di separatore, uno strato di elettrodi e uno strato di separatore.

Girando il tutto, è possibile vedere che ci sono molti altri strati al suo interno. Questi singoli fogli rappresentano la struttura di un pacco di celle. Questa è in realtà una cella a pouch, ma il principio è lo stesso anche per una cella prismatica. Il vantaggio di questo tipo di piegatura è che la geometria è molto costante, anche se il processo è piuttosto complicato. La macchina che costruisce tutto questo deve prendere un elettrodo, posizionarlo in un posto preciso, far passare il separatore sopra, quindi posizionare l’altro elettrodo esattamente a 10 mm di distanza. Se non sono allineati correttamente, si perderebbe capacità.

Un’altra possibilità è di avvolgere una striscia di catodo, una striscia di separatore e una striscia di anodo insieme, quindi rimuovere la lama e inserire il rotolo risultante in un alloggiamento. Tuttavia, questi rotoli hanno la spiacevole caratteristica di espandersi eccessivamente e di deformarsi. La tecnica di avvolgimento era comune nelle celle prismatiche in passato, ma oggi si utilizzano principalmente celle impilate.

Ci sono video interessanti di produttori di queste macchine che mostrano l’enorme sforzo che viene fatto per costruirle, oppure video che offrono un tour all’interno di tutta la fabbrica per vedere come viene prodotto un componente apparentemente semplice ma che in realtà nasconde una grande complessità. Inserirò il link nella descrizione del video, ma non lo incorporerò direttamente nel video, poiché potrebbe essere rischioso. Se qualcuno è interessato, può semplicemente fare clic sul link e guardare il video.

Ora, abbiamo creato un po’ di “rottame” per rimanere fedeli alla serie di video del nostro canale, dove qualcosa deve sempre essere distrutto. Quindi, quando assemblo il tutto in una cella e lo inserisco in un involucro a barriera, si tratta di un involucro multistrato con alluminio all’interno per impedire l’ingresso di gas o umidità. L’acqua è una molecola molto piccola e può penetrare quasi ovunque; tuttavia, non dovrebbe esserci acqua all’interno della batteria. Il motivo principale è che l’acqua reagisce con i metalli alcalini, ma ancora più importante, in un elettrolita c’è sempre un sale conduttore che è un composto fluorurato di litio. Questo sale, come il fluoruro di litio, è sensibile all’idrolisi e rilascia acido fluoridrico, che è estremamente corrosivo e tossico.
Naturalmente, l’acqua non ha alcun posto all’interno delle batterie. Tipicamente, nelle fabbriche di batterie ci sono stanze asciutte in cui l’aria è completamente condizionata. Gli operatori indossano mascherine non per timore del virus, ma per avere un po’ di umidità nell’aria che respirano, poiché l’umidità relativa nelle sale è molto bassa, intorno a -80 e -100 gradi. Se l’acido fluoridrico si formasse, reagirebbe con l’umidità presente nell’aria.

Pertanto, sconsiglio vivamente di aprire mai una cella di una batteria, poiché contiene sempre questo sale e l’acido fluoridrico. Il fluoruro non ha posto nel corpo umano e chiunque abbia familiarità con la sicurezza sul lavoro sa che devono essere prese misure di sicurezza estreme in caso di contaminazione. Ci sono alcuni video su YouTube in cui le persone aprono queste celle e toccano il materiale con le mani nude. Posso solo scuotere la testa e dire di no, non farlo. I gas potrebbero essere altrettanto sgradevoli e potrebbero rilasciarsi in modo continuo attraverso l’idrolisi e l’umidità dell’aria.

Se ho una cella scarica, ho il litio nella forma di ioni di litio sul lato del catodo, il che è relativamente non critico. Ma dall’altra parte, ho il litio come metallo finemente disperso e un anodo caricato, che è piroforico. Ciò significa che se viene esposto all’aria, si infiammerebbe spontaneamente a causa della dispersione fine del metallo. Poi ho ossigeno e materiali infiammabili come il carbonio e il litio metallico, e ovviamente brucia. Tuttavia, questo non ha nulla a che fare con il fatto che una cella possa bruciare da sola. A differenza delle celle NMC, che contengono ossigeno interno, nelle celle pouch per modellismo, si utilizzano principalmente materiali come manganese e cobalto.

Ho notato che i modellisti dicono che quando le loro batterie si gonfiano alla fine, si tratta principalmente di accumulatori al polimero di litio. In questi casi, l’elettrolita è più spesso e non è fluido come nelle normali celle. I modellisti non vogliono portare con sé molto volume morto e peso inutile. La maggior parte dell’energia è necessaria per il volo del modellino, quindi si desidera avere una batteria ottimizzata per il peso. Lo stesso vale per le macchinine radiocomandate in competizione, dove ogni grammo conta. Pertanto, si desidera avere pacchetti di batterie stabili senza un involucro voluminoso e materiali inutili.

A questo punto, si utilizzano forme di costruzione come celle pouch o avvolte che sono racchiuse solo da un sottile strato di materiale. Per ottenere una certa stabilità, si può utilizzare un polimero interno, ma questi non sono utilizzati nel modellismo perché un vero accumulatore al polimero raggiunge la sua piena efficienza solo a temperature superiori a 60 gradi Celsius. Quindi, si utilizzano elettroliti che sono più spessi, quasi come un budino, e che permettono una certa stabilità di forma. Questi sono i tipici accumulatori al polimero di litio. Il problema con questi accumulatori al polimero di litio è che l’elettrolita più spesso riduce la mobilità elettrica. Tuttavia, queste batterie ad alte prestazioni possono sopportare tassi di scarica fino al 50% e durano solo pochi minuti, generando gas e calore. Quando la batteria si surriscalda, possono verificarsi problemi.

Quindi, ho sottoposto queste batterie a stress eccessivo, e si sono gonfiate in modo evidente. Tuttavia, questo non ha nulla a che vedere con le condizioni reali. Vogliamo sapere cosa succede in queste situazioni. Si può immaginare che, guardando lo spessore della batteria, l’intera struttura diventi così allentata che i sottili strati al suo interno perdano contatto l’uno con l’altro, impedendo il flusso di corrente e causando il guasto della cella. Ma ciò rende più probabile che la batteria esploda? Non necessariamente. L’elettrolita diventa gassoso, ma ciò non significa che l’intero involucro esploderà in modo incontrollato. Ci sono valvole di sicurezza nella parte superiore della batteria, con una struttura incrociata, che sono progettate per rilasciare la pressione in eccesso. Questo coperchio in alluminio è dotato di una linea di rottura predefinita che, a una certa pressione, si romperà, permettendo al gas di fuoriuscire e evitando l’esplosione dell’intera batteria.
Ovviamente questo non è il caso, ma queste batterie non possono produrre così tanto gas in totale [Musica] un po’ di questo lo dico così in movimento. Avevo un piccolo altoparlante Bluetooth mobile da quella famosa azienda berlinese e mi sono reso conto che non funzionava più così bene e sì, c’era una batteria al polimero di litio all’interno, probabilmente era un po’ troppo calda durante le vacanze estive, quindi non ha niente a che fare con l’azienda ma ero un po’ stupido a riguardo e, ahimè, era un po’ un peccato che non venisse offerta una batteria sostitutiva ma si poteva mandare l’apparecchio e ricevere uno nuovo per un po’ meno soldi, non così sostenibile, ma ho aperto il coperchio e mi sono procurato una nuova batteria che costa 9€ con la spedizione e l’ho usata per cinque anni, va bene, ma poi devo capire tutto correttamente che non è così pericoloso fintanto che si lascia questo spazio, no, però anche le batterie sono tecnologia NMC, quindi di per sé è già un po’ più difficile, teoricamente se si porta una cosa del genere e si viene scoperti, si ha probabilmente un problema perché una batteria del genere non dovrebbe rispondere a queste istruzioni se qualcosa inizia a fumare, ora hanno già una procedura per questo dall’azienda dell’altra azienda che ha avuto problemi con i loro telefoni, quindi ci sono istruzioni di lavoro reali se un passeggero presenta un problema di fumo, queste sono parti di assoluta prestazione, la densità energetica lì dentro è piuttosto buona, ho anche messo i dispositivi nel mio giardino in una sorta di panico selvaggio quando ho visto qualcosa del genere ma l’ho attaccato e poi ho portato la batteria al centro di riciclaggio un po’ più velocemente, hanno il problema anche se dietro la mano coperta sono di nuovo molto rilassati con me con queste cose, no, quello che è davvero un problema quando parliamo di batterie al litio o qualcosa del genere è una tecnologia fantastica in sé, non ho spazio nello stomaco per una grande densità energetica posso fare un sacco di cose che prima non erano pensabili ma bisogna sempre considerare una cosa [Musica] Il litio non è così difficile da produrre o da ottenere, ma nessuno parla davvero del cobalto che è lì dentro e la maggior parte del cobalto proviene dall’Africa o dalla Russia, c’è uno studio in cui Volkswagen vuole elettrificare l’intera flotta quest’anno con l’autonomia pubblicizzata, avrei bisogno di quattro volte la quantità di produzione di cobalto all’anno, quindi puoi calcolare qui, una fabbrica di automobili tra le molte, non è possibile, sì, e anche questa intera concezione nella mobilità, nella mobilità elettrica ho bisogno della batteria con un’autonomia di 500.000 km in modo da poter utilizzare questa autonomia alcune volte all’anno, a mio avviso, è assolutamente senza senso, e anche i miei colleghi che lavorano in quest’area dicono che è folle credere di poter elettrificare l’intera flotta automobilistica su questa base, il consumo di materie prime è semplicemente perverso. C’è anche la questione delle batterie al sodio, ci sono sempre annunci che sono pronte per la produzione di serie, sì, bisogna vedere, la batteria al sodio ha un approccio fantastico perché il sodio è molto disponibile, il sale da cucina negli oceani del mondo è praticamente disponibile in quantità illimitate per noi, posso usare alluminio su entrambi i lati degli elettroni, il che significa che non ho bisogno di rame, la chimica lo permette, quindi in realtà è una risorsa che risparmia, ma siamo ancora molto lontani da questo, vediamo cosa ci riserva il futuro, non sono abbastanza dentro per poter fare una previsione, penso che la batteria al sodio arriverà perché tecnicamente è risolta dall’approccio teorico alla pratica, ma la massa semplicemente non c’è ancora, il che significa che stiamo parlando della generazione di batterie che potrebbe venire in seguito, ma a mio parere ha senso pensare al tema della sostenibilità, ad esempio, utilizzare batterie al litio per prodotti monouso, ci sono persino sigarette elettroniche monouso che si possono acquistare, da un lato ho anche figli che sono ora giovani adulti e nel loro gruppo di amici alcuni usano o ne fanno uso, dall’altro lato a volte mi piace attaccarmi alla strada, ma dall’altro lato una sigaretta elettronica viene semplicemente acquistata senza pensarci come un articolo usa e getta e quando è finita viene gettata nel mucchio di spazzatura, cosa succede con una batteria al litio, ho depositi di rifiuti nelle discariche o nei silos degli inceneritori e all’improvviso una batteria esplode e basta in un ambiente del genere, così uno sciocco, com’è il riciclaggio di batterie al litio, in linea di principio dalla tecnica sì, in teoria è un riciclaggio metallico, naturalmente è così che non si possono tagliare con attenzione e rimuovere, ma bisogna parlare onestamente del fatto che nella massa delle rotaie come si verificano questi eventi.
Ho bisogno di qualche tipo di processo di triturazione, ovviamente tutto viene mescolato, poi passa attraverso un processo mitologico, cioè genero effetti di temperatura appropriati, guardo che il carbonio e tutti gli altri materiali vengono eliminati, ottengo una scoria in un materiale misto di rame, alluminio, litio, nichel, manganese e cobalto, e poi torno in questo processo di raffinazione, ma non è bello, dall’altra parte il riciclaggio non è bello nemmeno, anche i riciclati vengono triturati, vengono aperti, la plastica viene macinata insieme perché brucia comunque, oppure viene separata e attraverso processi di sovrapposizione, ma non dimentichiamo nemmeno che ho acido solforico lì, dove il piombo è sciolto, o [Musica] negli elettroliti, e ho anche fasi piuttosto brutte nel riciclaggio con cui devo in qualche modo mettere a posto. Ci sono anche video in cui portano con sé la loro abilità artigianale per ricostruire queste batterie al piombo, ma sì, ma in principio ricostruiscono la batteria, l’ho vista anch’io [Musica], sono grato di poter vivere in questa regione del mondo dove posso ancora farlo, lo trovo interessante, se è ecologicamente sensato, non ne ho idea di cosa venga fatto, è solo una sciocchezza della tecnologia delle batterie dall’ufficio del lavoro, perché la capacità della batteria ovviamente non sarà mai più raggiunta quando la chiusura era originariamente dentro, ma c’era una struttura spugnosa molto grande dove c’era molto dentro e doveva essere resa stabile in qualche modo, ma dalla superficie qui è molto disponibile e credo che la batteria continuerà a fornire tensione ma non l’acqua corrispondente al peso come originariamente poteva essere tagliata, versare fuori l’acido, poi il piombo viene fuso con una vera abilità artigianale affascinante in lastre uniformi con una linguetta di connessione, e poi avvolgere il tutto con fibra di vetro con elastici e poi stratificarlo e poi viene qualcuno con infradito e mani nude con una bottiglia di ammorbidente tagliata e prende un po’ di acido solforico al 32% [Musica] incollato fuso acceso così come come riparare i buchi sugli sci nel passato, no, credo che il riciclaggio delle batterie abbia anche effetti sulla salute delle povere gocce che devono farlo, ma sopravviverebbero sicuramente meno a lungo [Musica] questo è un tipico case per una batteria da 200 o 300 amperora, si possono anche mettere 300, le dimensioni non differiscono molto, ma per tornare a questi 300 chili di pressione o forza, i chilogrammi non sono una forza, ma diciamo un po’ più di 3000 Newton di forza per esprimerla correttamente in termini fisici, ho uno spessore della parete di 3 mm, posso premere questo pezzo qui, quindi posso bloccarlo lì dentro, ma con 300 kg non verrà esercitata. La maggior parte della forza viene esercitata dallo stesso involucro e se è bloccata in una morsa o montata nel suo involucro, il numero non cambierà molto.

L’orientamento delle celle è sempre un po’ discutibile, ad esempio il produttore di batterie dice che l’orientamento è a piacere, ma io dico che posso fare alcune installazioni, ma a piacere non è assolutamente vero. Guardiamo le possibili installazioni: posso metterle in verticale, posso metterle in orizzontale, posso appenderle a testa in giù. Ovviamente, appenderle a testa in giù è un’idea sciocca, per un motivo molto semplice: ho questi terminali elettrici e all’interno ci sono blocchi di serraggio in alluminio massiccio che devono tenere insieme e trasportare la corrente. Posso far uscire gli ampere senza problemi, ma c’è ovviamente uno spazio morto e, quando l’elettrolita è assorbito in questa struttura, la forza di gravità funziona comunque in modo permanente. Alla fine, l’elettrolita si accumula nella parte inferiore e nella parte superiore non c’è elettroconduttività.

Guardiamo l’installazione qui, queste pellicole sono tutte verticali, abbiamo parlato prima delle bolle di gas, il che significa che possono anche fuoriuscire, sebbene siano intrappolate tra gli avvolgimenti a Z del separatore, ma il separatore è poroso e il gas può passare attraverso di esso nel tempo, quindi va bene. Questa è comunque l’installazione raccomandata dal produttore. Un’installazione teorica orizzontale non provocherebbe danni immediati alla batteria, ma avrei delle lamine metalliche e, se si forma una bolla di gas, la pressione entra in gioco, il che significa che dovrei esercitare così tanta pressione da spremere lateralmente il gas, perché non può salire verso l’alto, non può passare attraverso la lamina metallica, il che significa che l’installazione orizzontale è una cattiva idea.

Ci sono batterie in cui non posso guardare all’interno e non so se il produttore abbia installato le celle in verticale o se siano sdraiate all’interno. Tuttavia, ci sono esempi di batterie aperte in cui si può vedere che l’orientamento dell’installazione non è sempre a piacere, ma piuttosto che chi assembla la batteria dovrebbe pensare a quale orientamento dell’installazione raccomandare.

In ogni caso, grazie per la tua pazienza, spero che non sia stata troppo teorica, ma a volte è difficile spiegare le cose in modo semplice. Grazie mille e alla prossima volta.