Batterie al litio e sistemi di accumulo: aspetti tecnici e sicurezza nello stoccaggio
La rapida diffusione dei sistemi di accumulo elettrochimico basati su batterie al litio ha reso questi dispositivi una componente strutturale dei moderni sistemi energetici: impianti fotovoltaici, microreti, applicazioni industriali e mobilità elettrica.
All’aumento delle prestazioni e della densità energetica corrisponde però una maggiore complessità nella gestione dei rischi, in particolare durante le fasi di stoccaggio e di esercizio.
In Italia, il riferimento tecnico più completo sul tema è lo studio congiunto ENEA – Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco, che analizza in modo sistematico i pericoli connessi allo stoccaggio dei sistemi di accumulo agli ioni di litio.
Consulta il documento di riferimento ENEA–VVF sulla sicurezza nello stoccaggio dei sistemi Li-ion
Caratteristiche chimico-fisiche e implicazioni sulla sicurezza
Il litio è un metallo alcalino altamente reattivo, con un potenziale di riduzione molto basso.
Negli accumulatori litio-ione non è presente come metallo libero in condizioni nominali, ma la sua chimica resta alla base dell’elevata densità energetica di queste batterie.
Le celle litio-ione sono costituite da:
- catodo (ossidi metallici litiati, es. NMC, LFP, LCO);
- anodo (generalmente grafite);
- elettrolita organico contenente sali di litio (es. LiPF₆);
- separatore polimerico.
In condizioni di abuso termico, elettrico o meccanico, il sistema può evolvere verso il thermal runaway, con rilascio simultaneo di energia e materia, rappresentando lo scenario incidentale più severo.
Stoccaggio passivo e stoccaggio attivo: differenze di rischio
Il documento ENEA–VVF distingue correttamente tra:
Stoccaggio passivo
Situazioni logistiche in cui le batterie non sono sottoposte a cicli di carica/scarica e presentano uno stato di carica ridotto (tipicamente ≤30% SOC).
Rientrano in questa categoria depositi, magazzini, centri di raccolta e filiere RAEE.
Stoccaggio attivo
Comprende i sistemi in esercizio o in ricarica, tra cui:
- sistemi di accumulo stazionari (ESS);
- locali di ricarica per veicoli elettrici;
- autorimesse con veicoli elettrici.
Lo stoccaggio attivo comporta un aggravamento del rischio, dovuto a una maggiore energia elettrochimica disponibile, una variazione continua dello stato di carica e un invecchiamento accelerato delle celle.
Invecchiamento, SOC e instabilità elettrochimica
Un aspetto spesso trascurato nella progettazione degli ESS è l’invecchiamento delle batterie, che si manifesta con riduzione della capacità, aumento della resistenza interna e maggiore suscettibilità a condizioni di abuso.
Lo studio evidenzia come temperature elevate e SOC medi elevati accelerino l’invecchiamento calendariale, aumentando il rischio di guasti interni.
Per questo motivo, la gestione del profilo di carica e delle condizioni ambientali è parte integrante della sicurezza del sistema.
Emissioni in caso di incendio: un rischio non solo termico
In caso di incendio di batterie litio-ione, il rischio non è limitato alla fiamma.
Nei fumi di combustione possono essere presenti:
- acido fluoridrico (HF), derivante dalla decomposizione di elettroliti e leganti;
- particolato fine e respirabile;
- composti carbonilici di metalli pesanti;
- nanomateriali.
La quantificazione delle emissioni è complessa e dipende dalla chimica delle celle e spesso non è completamente nota. Per questo i protocolli di intervento prevedono DPI di terza categoria per gli operatori di soccorso.
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Prevenzione: dal livello di cella al sistema completo
La prevenzione del rischio non può essere affidata a un singolo elemento, ma deve coinvolgere l’intero sistema come dispositivi di sicurezza a livello di cella (PTC, CID, venting),separatori con effetto shut-down, Battery Management System (BMS) per il controllo di tensioni, correnti e temperature. Inoltre, deve prevedere una corretta progettazione termica del sistema (raffreddamento ad aria o a liquido), layout e compartimentazione degli spazi di installazione.
È in questa integrazione tra chimica, elettronica e ingegneria di sistema che si gioca la reale sicurezza di un ESS.
Il ruolo della progettazione nei sistemi di accumulo Archimede-energia
Nella progettazione dei sistemi di accumulo, Archimede-energia adotta un approccio coerente con le indicazioni tecniche ENEA–VVF, ponendo particolare attenzione a:
- scelta della tecnologia di batteria in funzione dell’applicazione;
- controllo dei profili di carica e scarica;
- gestione termica e ventilazione;
- conformità alle normative di prevenzione incendi.
L’obiettivo non è solo massimizzare la capacità installata, ma garantire stabilità operativa e sicurezza nel lungo periodo.
Le batterie al litio rappresentano una tecnologia matura ma complessa. La sicurezza dei sistemi di accumulo non può essere affrontata con soluzioni standardizzate, bensì attraverso conoscenza dei fenomeni elettrochimici, una corretta valutazione del rischio e una progettazione integrata del sistema.
Solo in questo modo l’accumulo elettrochimico può esprimere appieno il proprio ruolo strategico nella transizione energetica.
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