Le batterie allo stato solido sono più sicure delle batterie agli ioni di litio?

SonoBatterie allo stato solidoPiù sicure delle batterie agli ioni di litio?
Ecco perché la risposta è sì

Gli incendi delle batterie fanno notizia. Un drone si schianta, il pacco LiPo si accende e all'improvviso viene filmato qualcosa che doveva essere uno strumento di precisione che si trasforma in un piccolo pericolo di incendio. Per gli operatori UAV che osservano quegli incidenti, la domanda diventa ovvia: esiste una batteria che non fa ciò?

Le batterie allo stato solido non lo fanno, almeno non per gli stessi motivi. Capire il motivo richiede una rapida occhiata a ciò che effettivamente causa l’incendio delle batterie agli ioni di litio e al modo in cui la progettazione a stato solido rimuove tale causa anziché limitarsi a gestirla.

PerchéBatterie agli ioni di litioPrendi fuoco

Il rischio per la sicurezza nelle batterie convenzionali agli ioni di litio e ai polimeri di litio è riconducibile a un singolo componente: l’elettrolita liquido.

Gli elettroliti liquidi sono solventi organici, composti che conducono gli ioni di litio tra gli elettrodi durante la carica e la scarica. Fanno questo lavoro in modo efficace. Sono anche infiammabili alle temperature che le celle della batteria possono raggiungere in condizioni di abuso.

La sequenza pericolosa – fuga termica – funziona in questo modo. Qualcosa stressa la cella oltre il suo raggio d'azione sicuro: un violento incidente, un difetto di fabbricazione interno che causa un cortocircuito, un sovraccarico oltre il limite di tensione di sicurezza o un calore prolungato. La temperatura della cella aumenta. Al di sopra di una soglia, l'elettrolita liquido inizia a decomporsi, liberando gas infiammabile. Quel gas crea pressione all'interno della cella. Quando la cella si sfiata, il gas infiammabile entra in contatto con l'ossigeno e si accende. Le cellule vicine si riscaldano dalla cella in fiamme, innescando la stessa reazione in sequenza. Il fuoco si diffonde attraverso il branco.

La cosa importante da capire sull’instabilità termica è che, una volta avviata, è autosufficiente. Non esiste un punto di intervento in cui la batteria "decide" di fermarsi. La reazione continua fino all'esaurimento del carburante.

Cosa cambia a riguardo nella progettazione a stato solido

Batterie allo stato solidosostituire l'elettrolita organico liquido con un materiale solido: ceramico, polimerico o a base di solfuro, a seconda del progetto specifico. Tale sostituzione rimuove il componente infiammabile dalla cella.

Senza elettrolita infiammabile, la sequenza di fuga termica non ha una fonte di combustibile. Una cella sotto stress può surriscaldarsi e guastarsi. Può perdere capacità, perdere tensione, perdere completamente la funzione. Ciò che non può fare è fornire il gas infiammabile che avvia la reazione del fuoco autoalimentato.

Non si tratta di rendere più difficile l'attivazione della fuga termica o di aggiungere circuiti di protezione migliori attorno a una cella ancora infiammabile. È una rimozione strutturale del percorso di fallimento. Il meccanismo che produce gli incendi delle batterie nella chimica degli ioni di litio semplicemente non esiste nella chimica dello stato solido.

Cosa significa per le operazioni UAV reali

Per i piloti di droni e gli operatori commerciali le implicazioni pratiche sono concrete.

La valutazione post-incidente è diversa. Un drone precipitato con un pacco LiPo danneggiato viene considerato un potenziale rischio di incendio: il pacco potrebbe essere stabile o potrebbe accendersi nei prossimi 20 minuti. Un drone precipitato con un pacco a stato solido danneggiato ha perso la funzione della batteria, ma non ha acquisito potenziale di incendio.

La gestione dello stoccaggio e del trasporto è diversa. Le batterie LiPo sono classificate come materiali pericolosi per la spedizione a causa del rischio di incendio. L’onere normativo che ne deriva – imballaggio specifico, restrizioni sul trasportatore, documentazione – esiste a causa dell’elettrolita infiammabile. Il ridotto profilo di infiammabilità delle batterie allo stato solido modifica il percorso di classificazione nella maggior parte delle giurisdizioni.

Le conversazioni assicurative e normative sono diverse. Gli operatori che cercano l’approvazione del volo su aree popolate o infrastrutture critiche devono affrontare un controllo più rigoroso quando il rischio di incendio della batteria fa parte dell’analisi della modalità di guasto. La chimica dello stato solido rimuove questa modalità di guasto dal modello di rischio.

L'onesto avvertimento

Le batterie a stato solido non sono completamente immuni da problemi di sicurezza. Il danno fisico può ancora compromettere l’integrità cellulare. Alcuni prodotti chimici degli elettroliti solidi, in particolare i materiali a base di solfuro, reagiscono con l'umidità per produrre gas tossico se danneggiati in condizioni di umidità. E i guasti del BMS possono comunque causare problemi indipendentemente dalla chimica dell’elettrolita.

Ciò che viene eliminato è specificamente il percorso del fuoco incontrollato termico. Questa è la pericolosa modalità di guasto delle batterie agli ioni di litio, ed è davvero scomparsa dalla progettazione a stato solido.

Batterie UAV allo stato solido di ZYEBATTERY

ZYEBATTERY sviluppa batterie UAV allo stato solido agli ioni di litio e ai polimeri di litio ad alte prestazioni per applicazioni di droni commerciali e industriali. Il miglioramento della sicurezza derivante dalla chimica dello stato solido non è marginale: è architettonico. Per gli operatori UAV in cui il rischio di incendio della batteria è una vera preoccupazione operativa, questa architettura è importante.