4 motivi per utilizzare batterie al litio-ferro-fosfato nei sistemi di accumulo

Poiché le applicazioni sono diverse, differisce anche il loro fabbisogno energetico. Per soddisfare queste esigenze sono disponibili diverse composizioni di batterie con caratteristiche differenti. In HIS puntiamo principalmente sul litio-ferro-fosfato, noto come LiFePO4 o batterie LFP. Per la maggior parte delle applicazioni si utilizzano batterie LFP, poiché sono note da telefoni cellulari, notebook, auto elettriche e dispositivi simili.

All'interno della vasta categoria delle batterie agli ioni di litio, le prestazioni variano in base al materiale catodico utilizzato. Le batterie agli ioni di litio sono tipicamente costituite da un substrato conduttivo, spesso un foglio di alluminio, rivestito con un materiale attivo in grado di immagazzinare sia ioni di litio sia corrente elettrica. Tra le composizioni più comuni di queste celle rientrano litio-nichel-cobalto-manganese (NMC), litio-nichel-cobalto-ossido di alluminio (NCA) e litio-ferro-fosfato (LFP).

Sicurezza

Soluzioni di accumulo sicure hanno la massima priorità, per questo nelle nostre soluzioni a batteria non scendiamo a compromessi sulle caratteristiche di sicurezza. Le nostre soluzioni a batteria sono in grado di resistere a temperatura, corrente, tensione o cortocircuiti eccessivi, grazie a circuiti di protezione elettrici/meccanici. Rispetto ad altre tecnologie di celle LIB, la tecnologia LFP offre maggiore sicurezza. In caso di cortocircuito o di impatto con un oggetto che potrebbe penetrare nelle celle, la maggior parte delle batterie inizia a bruciare o a esplodere. Le batterie che rimangono stabili nelle condizioni probabili sopra descritte sono considerate affidabili per l'impiego nei BESS. Molte delle batterie attualmente disponibili sul mercato non superano questo test e non sono quindi adatte all'impiego nei sistemi di accumulo a batteria.

In altre batterie, invece, materiali catodici chimicamente e termicamente instabili (ad es. NMC) possono innescare reazioni chimiche esotermiche all'interno di una cella. Questa reazione esotermica deriva da un'eccessiva generazione di calore dovuta a sovraccarica, cortocircuiti interni o esterni, impurità durante la produzione, forte esposizione al calore o danni meccanici. La temperatura interna di una cella aumenta quando il rilascio di energia termica accelera la velocità di reazione della chimica della cella. Se viene superata una determinata soglia di temperatura, la reazione autoaccelerante diventa incontrollabile e porta alla fuga termica. Ciò può far sì che la cella prenda fuoco o addirittura esploda. La situazione è ulteriormente aggravata dal rilascio di ossigeno dal materiale catodico, che rende l'incendio estremamente difficile da spegnere.

A differenza di altre batterie, le batterie LiFePO4 non sperimentano mai instabilità termica. Questo elimina il rischio di surriscaldamento e di possibili incendi. Con un profilo di temperatura stabile in condizioni estreme, le batterie LFP presentano un comportamento termico stabile (fino a 300°C) e non si autoinfiammano (per sovraccarica). Nelle celle NMC o NCA, invece, un cortocircuito può generare una temperatura molto elevata, superiore a 700°C, in grado di fondere il separatore e di propagarsi ad altre celle. Ne risulta un incendio che non può essere spento nemmeno sott'acqua, poiché l'ossigeno necessario alla combustione è già contenuto nel materiale della batteria. Per questo la batteria LFP è la scelta preferita per l'impiego nei sistemi di accumulo a batteria.

Longevità e stabilità ciclica

Quando le celle della batteria sono soggette a cambiamenti chimici, termici e meccanici, la capacità originaria diminuisce leggermente a ogni processo di carica e scarica (ciclo operativo). Ciò significa semplicemente che, con il tempo, accumula sempre meno energia. Forse lo conosce anche dal Suo telefono cellulare, quando dopo 2 anni persino la batteria completamente carica dura solo mezza giornata.

A causa della tensione di cella leggermente inferiore, pari a 3,2V, le celle LFP hanno una densità energetica leggermente inferiore rispetto alle celle NMC. Questo svantaggio iniziale viene però rapidamente compensato da una stabilità ciclica fino a dieci volte superiore, che offre vantaggi significativi a lungo termine. A ogni ciclo operativo le celle NMC invecchiano e dopo 2500-3000 cicli rimane ancora l'80 percento della capacità originaria. In questo modo i costi iniziali leggermente più elevati per l'impiego del litio-ferro-fosfato vengono compensati nel tempo.

Poiché nelle applicazioni mobili il fabbisogno di batterie è più elevato, le batterie LFP offrono una maggiore durata nei dispositivi portatili e mobili. Grazie alla maggiore durata dei sistemi di accumulo a batteria con tecnologia LFP nelle applicazioni stazionarie, il costo relativo dell'accumulo (Levelized Cost of Storage o LCOS) può essere ridotto fino al 50% nell'arco della vita utile rispetto alle batterie NMC.

Tecnologia collaudata

La tecnologia LFP impiegata nelle soluzioni HIS-Energy garantisce una prestazione specifica anche quando la batteria si avvicina alla fine del proprio ciclo di vita. Inoltre, l'effetto memoria delle celle LFP le rende superiori ad altre LIB. Quando una batteria viene scaricata spesso solo parzialmente, si verifica una perdita di capacità, nota anche come effetto memoria. La batteria «ricorda» il fabbisogno energetico e si adatta nel tempo per fornire solo la quantità di energia richiesta nei precedenti cicli di scarica, anziché l'intera capacità originaria.

Le batterie al litio-ferro-fosfato hanno una densità di potenza elevata rispetto ad altre LIB. Ciò consente alla batteria LFP correnti di carica e scarica elevate, insieme a una maggiore capacità di carico impulsivo. Con correnti più elevate le celle LFP possono essere caricate rapidamente, ma la ricarica rapida costante riduce la durata di questa batteria. Tale effetto della ricarica rapida si manifesta in misura minore nelle celle LFP. Grazie a una progettazione intelligente del sistema è possibile creare soluzioni economiche per applicazioni stazionarie che trovano il perfetto equilibrio tra velocità di carica e scarica, stabilità ciclica e durata. Questo approccio contribuisce a ridurre il Levelized Cost of Storage (LCOS) complessivo nell'arco della vita utile del sistema e garantisce sia efficienza sia valore a lungo termine.

Batterie rispettose dell'ambiente

L'LFP è unico tra i materiali catodici, poiché la sua composizione chimica si trova in natura come minerale e per le reazioni chimiche non sono necessarie materie prime aggiuntive. Per questo le nostre soluzioni a batteria non contengono cobalto né nichel, poiché si tratta di metalli pesanti tossici con effetti sull'ambiente. Nelle celle LFP tutto il litio viene utilizzato per la reazione chimica. Al contrario, altre batterie agli ioni di litio utilizzano solo circa il 50-60% del litio, perché un utilizzo maggiore può causare instabilità nella struttura a strati oppure il litio residuo diventa parte della struttura cristallina del catodo. Questa efficienza riduce la quantità di litio necessaria per kWh da circa 140 grammi (nelle batterie NMC/NCA) a circa 80 grammi nelle celle LFP.

Batterie LFP: la tecnologia più sicura per le applicazioni

Rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, le batterie al litio-ferro-fosfato sono affidabili, sicure e robuste. I sistemi di accumulo a batteria LFP offrono vantaggi eccezionali a lungo termine, con fino a 10 volte più cicli di carica rispetto alle batterie LCO e NMC e bassi costi operativi totali (TCO). Garantiscono prestazioni affidabili con un onere di manutenzione minimo e rappresentano quindi un investimento solido, che assicura sia sicurezza sia funzionalità di lunga durata.

Le batterie LFP sono preferite per la loro stabilità ciclica, la minore resistenza interna, la maggiore efficienza e l'ampio intervallo di temperatura operativa. Per le soluzioni a batteria all-in-one più rapide e sicure, HIS-Energy offre opzioni di prima classe con le sue batterie premium da 215KW e 233KW. Le nostre soluzioni energetiche, integrate con un sistema di gestione della batteria (BMS), sono progettate per le Sue applicazioni commerciali e industriali.