Qual è la chimica più adatta per l’elettrificazione del tuo mezzo? Scopriamo i vari tipi di batteria

Le batterie al litio coinvolgono oggi l’elettrificazione di una fetta sempre più ampia di applicazioni. Se inizialmente coinvolgevano telefoni, computer e piccole applicazioni di utensileria, si sono via via evolute verso l’elettrificazione di veicoli ibridi o full-electric e oggi sono sempre di più i produttori di macchine industriali e veicoli elettrici che si rivolgono a questa tecnologia per la transizione elettrica delle proprie flotte, nei più svariati settori, come logistica, material handling, construction, piattaforme aeree, agricoltura, mezzi aeroportuali e nautica, per citarne alcuni.

Scegliere la giusta batteria al litio per il proprio mezzo è quindi diventato, oggi più che mai, un compito complesso, ma quanto mai necessario, soprattutto in vista delle ultime disposizioni arrivate dal Parlamento Europeo, che ha approvato dal 2035 lo stop alle vendite di auto a benzina e diesel.

Le batterie al litio, però, non sono tutte uguali! Sono tanti gli elementi che concorrono a creare la batteria più adatta per una specifica applicazione. Sul mercato esistono diverse tipologie di batterie al litio; ma dietro a tensione, Ah e dimensioni di una batteria al litio c’è davvero un modo complesso, fatto di studio, ricerca e sviluppo, test tecnici e soprattutto, la scelta della giusta chimica, che può essere più o meno adatta alle esigenze del proprio veicolo.

Le 6 chimiche più utilizzate su base litio e le loro caratteristiche

Approfondiamo i sei principali tipi di batterie al litio e le loro chimiche utilizzate per la costruzione:

Dalla teoria alla pratica: l’utilizzo della giusta chimica al litio per ogni applicazione

Abbiamo illustrato le 6 principali tipologie di chimiche su base litio che attualmente sono maggiormente impiegate nelle varie sfere dell’elettrificazione. Ma attenzione, non dobbiamo pensare che queste chimiche siano in competizione le une con le altre, al contrario! Sono tutte valide e performanti, ma ciascuna chimica al litio esprime il suo meglio in diversi settori di utilizzo.

All’interno di questo diagramma sono messe a confronto le varie caratteristiche delle chimiche in termini di:

• Energia specifica o Densità gravimetrica [Wh/Kg]: è il rapporto tra la quantità di energia contenuta (Wh = V x Ah) e il peso della batteria.
• Sicurezza: che va di pari passo con stabilità termica perché la sicurezza intrinseca dipende molto da quanto sono stabili termicamente i componenti
• C- Rate: velocità di carica/scarica, ovvero il rapporto tra la corrente di carica o scarica (A) e la capacità nominale della cella (Ah). Si tratta di un parametro strettamente legato alla capacità della cella di generare potenza.
• Ciclo vita: Numero di volte per cui la cella può essere scaricata e ricaricata fino a raggiungere il fine vita, normalmente considerato al raggiungimento dell’80% di capacità residua.
• Costo

Come scegliere il tipo di chimica al litio più adatto

Proviamo quindi a spiegare nel dettaglio perché optare per una chimica o per l’altra in base al tipo di applicazione che si intende elettrificare.

Batterie NMC e NCA per il settore automotive

Perché NMC ed NCA trovano una maggiore applicazione nel settore automotive?  Perché questo richiede una densità energetica molto elevata, che possa dare tanta potenza in poco spazio. Nella mobilità elettrica, perciò, densità energetica, gravimetrica e potenza specifica sono elementi essenziali, dove la velocità di ricarica è considerata un punto focale, così come le elevate potenze in accelerazione, in particolare per quanto riguarda i modelli premium. In questo settore, quindi, altre performance come, ad esempio, gli alti cicli di vita della batteria non sono fondamentali, semplicemente perché non sono necessari!

È infatti estremamente improbabile che un’automobile faccia più cicli nell’arco di una stessa giornata, se non qualche giorno all’anno nel caso di un lungo viaggio. Al contrario, di norma un’auto utilizza solo un 20-30% della ricarica in un giorno.

Prendiamo, ad esempio, una Tesla che può percorrere più di 400 km con una carica: se consideriamo una vita utile di 400.000 km, ciò significa che i cicli totali che la batteria deve sopportare saranno solo 1.000 ( 400.000 / 400 = 1.000 cicli) Ecco spiegato perché i cicli di vita per una batteria con chimica NMC non superano i 2.000 (ancora meno nella chimica NCA, dove i cicli di vita arrivano fino a 1.000).

Batterie LFP e LTO per il settore industriale

In ambito industriale, nel mondo agricolo, o ancora per l’elettrificazione di mezzi speciali, soprattutto se parliamo di applicazioni molto cicliche che apportano stress alla batteria, è meglio utilizzare chimiche come la LFP e la LTO, dove vita utile, affidabilità e sicurezza sono le richieste più importanti.

Nel mondo dell’industria, quindi, il problema dello spazio è meno vincolante così come non è fondamentale avere performance o densità energetica esagerate. Nella valutazione della scelta della giusta chimica, subentra quindi il fattore più importante della sicurezza, aspetto su cui pochi vogliono, e possono, accettare compromessi.

È meglio avere una batteria che ingombri leggermente di più, ma che garantisca una sicurezza ottimale e che abbia una durata di vita decisamente più lunga. Esistono infatti mezzi, come i carrelli LGV e AGV , a cui è richiesto un uso intensivo e che lavorano incessantemente H24, di conseguenza, le loro batterie arriveranno a fare anche 3 o 4 cicli di ricarica in una sola giornata. La chimica LFP li potrà quindi supportare agevolmente con i suoi oltre 4.000 cicli di ricarica.

Se poi si ha bisogno di batterie per fare storage stazionari, allora la densità energetica non conterebbe quasi più nulla, e, al contrario, il costo della batteria e i cicli di vita sarebbero gli elementi alla base della scelta della chimica. Troverebbe quindi spazio la chimica LFP.

Batterie LCO e LMO per piccole applicazioni mobili

Infine, se si ha bisogno di una batteria molto piccola, per un impiego in tool e applicazioni mobili, allora la sua caratteristica principale dovrà essere la leggerezza, altrimenti le performance di tutta l’applicazione verranno influenzate dal troppo peso. In questo caso, si potrà optare per chimiche come la LCO e la LMO e accettare il compromesso di avere una vita più breve o qualche rischio di sicurezza in più (visto che si tratta di una piccola batteria), per poter riuscire a dare al prodotto le caratteristiche essenziali per poterlo inserire sul mercato.

Il BMS ottimizza le caratteristiche della chimica scelta

Diagrammi come questo sono molto utili per fare una panoramica sulle peculiarità di ogni chimica, aspetti che rimangono veri nel tempo. Ricordiamoci, però, che a livello quantitativo parliamo di dati puramente indicativi, questo a causa di un importante aspetto che non dobbiamo mai sottovalutare: l’evoluzione tecnologica.

La tecnologia, così come l’innovazione in senso lato, sono concetti in continuo movimento e, grazie a loro, anche le chimiche evolvono molto rapidamente e ciascuna di esse, dopo gli studi e le ricerche opportune, potrà essere a sua volta declinata in altre varianti per andare a migliorare una caratteristica a scapito di un’altra (ad esempio per ottenere una densità energetica alta, magari a scapito della potenza o ciclo vita).

Proprio per questo è importante rimanere costantemente aggiornati e, se inesperti, affidarsi a un produttore con esperienza che possa studiare e progettare la batteria secondo le esigenze specifiche dell’applicazione che si vuole elettrificare.

La chimica non è però il solo elemento determinante nel definire le corrette prestazioni di una batteria al litio: i rendimenti delle batterie derivano anche da un altro importante elemento, il BMS. Un Battery Management System intelligente, infatti, è in grado di sfruttare al meglio le caratteristiche della chimica prescelta, garantendo affidabilità e performance uguali nel tempo tramite la gestione e il controllo di tutti i dispositivi che ruotano intorno alla batteria.

Scopriamo ora le principali caratteristiche di un BMS intelligente.