IDTechEx si chiede se le batterie a stato solido elimineranno la necessità di protezione antincendio dei veicoli elettrici

La fuga termica e i relativi incendi delle batterie si sono rivelati un problema critico per i clienti, i progettisti di batterie e i produttori di veicoli elettrici. Molti veicoli hanno subito incendi delle batterie e centinaia di migliaia sono stati richiamati. Sebbene questi eventi siano rari, possono essere molto gravi ed è importante garantire la massima sicurezza alle persone che si trovano all'interno e nelle vicinanze di questi veicoli. Una domanda comune è se l'imminente tecnologia delle batterie allo stato solido sarà più sicura e se eliminerà la necessità di materiali per la gestione termica e la protezione antincendio.

 

Il rapporto di IDTechEx "Batterie a stato solido e polimeriche 2023-2033: tecnologia, previsioni, attori" analizza le tecnologie, gli operatori, la sicurezza e l'adozione delle batterie allo stato solido. Mentre il rapporto "Materiali antincendio per batterie per veicoli elettrici 2023-2033" prende in considerazione i materiali utilizzati per prevenire o ritardare la propagazione della fuga termica nei pacchi batteria dei veicoli elettrici.

 

 

A prima vista, le batterie allo stato solido presentano diversi vantaggi in termini di sicurezza. Eliminano l'elettrolita liquido infiammabile e possono sostituirlo con un elettrolita allo stato solido non infiammabile. Inoltre, hanno in genere una finestra di temperatura operativa più ampia, rendendo potenzialmente meno probabile il verificarsi di un runaway termico dovuto al surriscaldamento delle celle. Anche il calore generato dal riscaldamento esterno è generalmente ridotto.

 

Tuttavia, questo non racconta l'intera storia. Il termine batteria allo stato solido si riferisce in realtà a una serie di tecnologie di batterie. In alcuni casi, la batteria utilizza ancora un componente liquido per lo scambio ionico (stato semi-solido), il che significa che è ancora presente un componente volatile. Alcuni elettroliti polimerici allo stato solido non sono completamente infiammabili e qualsiasi elettrolita può fondere se il sistema si scalda abbastanza.

 

Nel 2022, l'operatore del trasporto pubblico di Parigi ha temporaneamente ritirato 149 autobus elettrici dopo due diversi incendi di autobus. Le celle utilizzate in questo caso sono state dichiarate batterie con catodo LFP, anodo di metallo Li ed elettrolita polimerico allo stato solido. Il fornitore descrive le sue batterie come "completamente solide, senza componenti liquidi, senza nichel e senza cobalto".

 

Un altro esempio proviene da uno studio di ricerca basato sulla simulazione condotto dai Sandia National Laboratories nel 2022 (Hewson et al., Joule, Vol.6, Issue 4, 742-755) che ha confrontato la sicurezza di una batteria interamente allo stato solido, di una batteria allo stato solido con l'aggiunta di elettrolita liquido nel catodo e di una batteria agli ioni di litio convenzionale a base liquida. Lo studio ha rilevato che, in caso di guasto per riscaldamento esterno, una batteria allo stato solido con una piccola quantità di elettrolita liquido genera meno calore di una tipica batteria agli ioni di litio, ma più di una batteria interamente allo stato solido. Per i guasti da cortocircuito, il calore rilasciato dipendeva solo dalla capacità della cella. Dato che le batterie allo stato solido possono avere una densità di energia più elevata, potrebbe essere generato più calore. Le temperature tipiche di fuga termica di cui si parla per le normali batterie agli ioni di litio si aggirano intorno ai 1000-1200° C; in alcuni scenari di questa ricerca, l'aumento di temperatura delle batterie allo stato solido ha raggiunto quasi i 1800° C.

 

Lo sviluppo delle batterie allo stato solido è ancora in corso, ma la conclusione è che le batterie allo stato solido potrebbero essere più sicure nella maggior parte dei casi. Tuttavia, nessun sistema di batterie sarà sicuro al 100%. Pertanto, i materiali per la gestione termica e la protezione antincendio saranno sempre necessari per fornire lo strato finale per ritardare la propagazione del fuoco all'esterno del pacco.

 

 

I tipi di materiali di protezione antincendio utilizzati per lo stato solido saranno in gran parte simili a quelli utilizzati per le tradizionali batterie agli ioni di litio; il fattore di forma delle celle (cilindriche, prismatiche, a sacchetto) e il design complessivo del pacco avranno un impatto maggiore sulla scelta del materiale. Oggi i materiali comunemente utilizzati per la protezione passiva dal fuoco sono, tra gli altri, fogli di mica, coperte di ceramica, schiume incapsulanti e rivestimenti ignifughi. Gli aerogel stanno guadagnando terreno sul mercato e opzioni come i rivestimenti intumescenti e i materiali a cambiamento di fase stanno ricevendo un crescente interesse.

 

Molti di questi materiali farebbero fatica a sopportare temperature superiori a 1500° C. Tuttavia, l'obiettivo finale non è necessariamente quello di arrestare completamente la propagazione, ma di ritardarla il più a lungo possibile. Oltre alle prestazioni ad alta temperatura, questi materiali devono sempre più occuparsi di altre funzioni, come la conformabilità con le celle, le prestazioni di compressione e il costo. Il mercato dei veicoli elettrici in rapida crescita, con una maggiore attenzione alla sicurezza antincendio, presenterà una serie di opportunità per i materiali antincendio e non sarà eliminato da tecnologie alternative per le batterie, come quelle a stato solido.

 

Il rapporto di IDTechEx "Batterie a stato solido e polimeriche 2023-2033: tecnologia, previsioni, attori", offre un'analisi comparativa della tecnologia, stime e previsioni di mercato, monitoraggio e valutazione dell'attività degli operatori e creazione e sicurezza della catena di fornitura. Il rapporto "Materiali antincendio per batterie per veicoli elettrici 2023-2033" fornisce un'analisi comparativa dei materiali, l'adozione da parte degli operatori, i prezzi e le previsioni per diverse categorie di materiali antincendio.

 

Per saperne di più su questi rapporti, comprese le pagine campione scaricabili, visitate il sito www.IDTechEx.com/Research/ES.