Progressi nella tecnologia delle batterie per i sistemi di accumulo di energia marina

Prefazione

Con la transizione globale verso soluzioni energetiche più ecologiche, le batterie al litio hanno guadagnato sempre più attenzione. Sebbene i veicoli elettrici siano sotto i riflettori da oltre un decennio, il potenziale dei sistemi di accumulo di energia elettrica in ambito marino è stato trascurato. Tuttavia, si è assistito a un'impennata della ricerca focalizzata sull'ottimizzazione dell'utilizzo delle batterie al litio per l'accumulo e sui protocolli di ricarica per diverse applicazioni nautiche. In questo caso, le batterie agli ioni di litio fosfato a ciclo profondo sono particolarmente interessanti grazie alla loro elevata densità energetica, alla buona stabilità chimica e alla prolungata durata del ciclo, in conformità con i severi requisiti dei sistemi di propulsione marina.

Con l'aumento dell'installazione di batterie al litio per l'accumulo, aumenta anche l'implementazione di normative per garantire la sicurezza. La norma ISO/TS 23625 è una di queste normative, focalizzata sulla selezione, l'installazione e la sicurezza delle batterie. È fondamentale sottolineare che la sicurezza è fondamentale quando si utilizza una batteria al litio, in particolare per quanto riguarda i rischi di incendio.

Sistemi di accumulo di energia marina

I sistemi di accumulo di energia marina stanno diventando una soluzione sempre più diffusa nel settore marittimo, in un mondo che si muove verso un futuro più sostenibile ed ecocompatibile. Come suggerisce il nome, questi sistemi sono progettati per immagazzinare energia in ambiente marino e possono essere utilizzati per una varietà di scopi, dalla propulsione di navi e imbarcazioni alla fornitura di energia di riserva in caso di emergenza.

Il tipo più comune di sistema di accumulo di energia marina è la batteria agli ioni di litio, grazie alla sua elevata densità energetica, affidabilità e sicurezza. Le batterie agli ioni di litio possono anche essere personalizzate per soddisfare i requisiti energetici specifici di diverse applicazioni marine.

Uno dei principali vantaggi dei sistemi di accumulo di energia marina è la loro capacità di sostituire i generatori diesel. Utilizzando batterie agli ioni di litio, questi sistemi possono offrire una fonte di energia affidabile e sostenibile per una varietà di applicazioni, tra cui alimentazione ausiliaria, illuminazione e altre esigenze elettriche a bordo di una nave o di un'imbarcazione. Oltre a queste applicazioni, i sistemi di accumulo di energia marina possono essere utilizzati anche per alimentare sistemi di propulsione elettrica, il che li rende una valida alternativa ai motori diesel convenzionali. Sono particolarmente adatti per imbarcazioni più piccole che operano in un'area relativamente limitata.

Nel complesso, i sistemi di accumulo di energia marina rappresentano una componente fondamentale della transizione verso un futuro più sostenibile ed ecologico nel settore marittimo.

Vantaggi delle batterie al litio

Uno dei vantaggi più evidenti dell'utilizzo di batterie al litio ad accumulo rispetto ai generatori diesel è l'assenza di emissioni di gas tossici e serra. Se le batterie vengono caricate utilizzando fonti pulite come pannelli solari o turbine eoliche, possono generare energia pulita al 100%. Sono anche meno costose in termini di manutenzione, poiché contengono meno componenti. Producono molto meno rumore, il che le rende ideali per attracchi in prossimità di aree residenziali o popolate.

Le batterie al litio ad accumulo non sono l'unico tipo di batterie utilizzabili. Infatti, i sistemi di batterie marine possono essere suddivisi in batterie primarie (che non possono essere ricaricate) e batterie secondarie (che possono essere ricaricate ininterrottamente). Queste ultime sono più vantaggiose dal punto di vista economico in un'applicazione a lungo termine, anche considerando il degrado della capacità. Inizialmente venivano utilizzate batterie al piombo-acido, e le batterie al litio ad accumulo sono considerate batterie di nuova generazione. Tuttavia, la ricerca ha dimostrato che offrono densità di energia più elevate e una durata prolungata, il che le rende più adatte ad applicazioni a lungo raggio e ad alte velocità e carichi elevati.

Nonostante questi vantaggi, i ricercatori non hanno mostrato alcun segno di compiacimento. Nel corso degli anni, numerosi progetti e studi si sono concentrati sul miglioramento delle prestazioni delle batterie al litio per ottimizzarne l'applicazione in ambito marino. Tra questi, nuove miscele chimiche per gli elettrodi ed elettroliti modificati per proteggerli da incendi e fughe termiche.

Selezione della batteria al litio

Ci sono diverse caratteristiche da considerare quando si selezionano batterie al litio per un sistema di accumulo marino. La capacità è una specifica critica da considerare quando si seleziona una batteria per l'accumulo di energia marina. Determina la quantità di energia che può immagazzinare e, di conseguenza, la quantità di lavoro che può essere prodotta prima di ricaricarla. Questo è un parametro di progettazione fondamentale nelle applicazioni di propulsione in cui la capacità determina il chilometraggio o la distanza che l'imbarcazione può percorrere. In un contesto marino, dove lo spazio è spesso limitato, è importante trovare una batteria con un'elevata densità di energia. Le batterie con densità di energia più elevata sono più compatte e leggere, il che è particolarmente importante sulle imbarcazioni dove spazio e peso sono un fattore critico.

Anche i valori di tensione e corrente sono specifiche importanti da considerare nella scelta delle batterie al litio per sistemi di accumulo di energia marini. Queste specifiche determinano la velocità di carica e scarica della batteria, un fattore importante per le applicazioni in cui la richiesta di potenza può variare rapidamente.

È importante scegliere una batteria progettata specificamente per l'uso in mare. Gli ambienti marini sono difficili, con esposizione ad acqua salata, umidità e temperature estreme. Le batterie al litio ad accumulo progettate per l'uso in mare sono in genere impermeabili e resistenti alla corrosione, oltre ad altre caratteristiche come la resistenza alle vibrazioni e agli urti, per garantire prestazioni affidabili in condizioni difficili.

Anche la sicurezza antincendio è fondamentale. Nelle applicazioni marine, lo spazio per lo stoccaggio delle batterie è limitato e qualsiasi propagazione di incendio potrebbe causare il rilascio di fumi tossici e danni costosi. È possibile adottare misure di installazione per limitare la propagazione. RoyPow, un'azienda cinese produttrice di batterie agli ioni di litio, è un esempio di microestintori integrati nel telaio del pacco batteria. Questi estintori vengono attivati da un segnale elettrico o dalla combustione della linea termica. Questo attiva un generatore di aerosol che decompone chimicamente il refrigerante tramite una reazione redox e lo diffonde per estinguere rapidamente l'incendio prima che si propaghi. Questo metodo è ideale per interventi rapidi, particolarmente adatto per applicazioni in spazi ristretti come le batterie al litio per lo stoccaggio in mare.

Sicurezza e requisiti

L'uso di batterie al litio per applicazioni marine è in aumento, ma la sicurezza deve essere una priorità assoluta per garantire una progettazione e un'installazione adeguate. Le batterie al litio sono vulnerabili a fughe termiche e rischi di incendio se non gestite correttamente, in particolare nel difficile ambiente marino con esposizione ad acqua salata ed elevata umidità. Per affrontare queste problematiche, sono stati stabiliti standard e regolamenti ISO. Uno di questi standard è l'ISO/TS 23625, che fornisce linee guida per la selezione e l'installazione di batterie al litio in applicazioni marine. Questo standard specifica i requisiti di progettazione, installazione, manutenzione e monitoraggio delle batterie per garantirne la durata e il funzionamento sicuro. Inoltre, l'ISO 19848-1 fornisce linee guida sui test e le prestazioni delle batterie, comprese le batterie al litio per applicazioni marine.

La norma ISO 26262 svolge inoltre un ruolo significativo nella sicurezza funzionale dei sistemi elettrici ed elettronici all'interno di imbarcazioni e altri veicoli. Questa norma prevede che il sistema di gestione della batteria (BMS) sia progettato per fornire avvisi visivi o acustici all'operatore quando la batteria è scarica, tra gli altri requisiti di sicurezza. Sebbene l'adesione alle norme ISO sia volontaria, il rispetto di queste linee guida promuove la sicurezza, l'efficienza e la longevità dei sistemi di batterie.

Riepilogo

Le batterie al litio ad accumulo si stanno rapidamente affermando come soluzione di accumulo di energia preferita per le applicazioni marine, grazie alla loro elevata densità energetica e alla lunga durata in condizioni difficili. Queste batterie sono versatili e possono essere utilizzate per una vasta gamma di applicazioni marine, dall'alimentazione di imbarcazioni elettriche alla fornitura di energia di backup per i sistemi di navigazione. Inoltre, il continuo sviluppo di nuovi sistemi di batterie sta ampliando la gamma di possibili applicazioni, includendo l'esplorazione in acque profonde e altri ambienti difficili. Si prevede che l'adozione di batterie al litio ad accumulo nel settore marittimo ridurrà le emissioni di gas serra e rivoluzionerà la logistica e i trasporti.