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Progressi nella tecnologia della batteria per i sistemi di stoccaggio di energia marina

Autore: Serge Sarkis

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Prefazione

Mentre il mondo si sposta verso soluzioni energetiche più verdi, le batterie al litio hanno acquisito una maggiore attenzione. Mentre i veicoli elettrici sono stati sotto i riflettori da oltre un decennio, il potenziale dei sistemi di accumulo di energia elettrica nelle impostazioni marine è stato trascurato. Tuttavia, c'è stato un aumento della ricerca incentrata sull'ottimizzazione dei protocolli di utilizzo e di ricarica delle batterie al litio per diverse applicazioni in barca. In questo caso le batterie del ciclo profondo fosfato di ioni di litio sono particolarmente attraenti a causa delle loro densità ad alta energia, della buona stabilità chimica e della vita del ciclo prolungato in base ai rigorosi requisiti dei sistemi di propulsione marina

Sistemi di accumulo di energia marina

Man mano che l'installazione di batterie al litio di stoccaggio guadagna slancio, anche l'implementazione di regolamenti per garantire la sicurezza. L'ISO/TS 23625 è uno di questi regolamenti che si concentra sulla selezione, l'installazione e la sicurezza della batteria. È fondamentale notare che la sicurezza è fondamentale quando si tratta dell'uso di batterie 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 popolare nell'industria marina mentre il mondo si sposta verso un futuro più sostenibile ed ecologico. Come suggerisce il nome, questi sistemi sono progettati per immagazzinare energia in un'ambientazione marina e possono essere utilizzati per una varietà di scopi, dalle navi e dalle barche che spingono a fornire energia di backup in caso di emergenza.

Il tipo più comune di sistema di accumulo di energia marina è una batteria agli ioni di litio, a causa della sua alta densità di energia, affidabilità e sicurezza. Le batterie agli ioni di litio possono anche essere adattate per soddisfare i requisiti di energia 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. Ciò include energia ausiliaria, illuminazione e altre esigenze elettriche a bordo di una nave o della nave. Oltre a queste applicazioni, i sistemi di accumulo di energia marina possono anche essere utilizzati per alimentare i sistemi di propulsione elettrica, rendendoli un'alternativa praticabile ai motori diesel convenzionali. Sono particolarmente adatti a navi più piccole che operano in un'area relativamente limitata.

Nel complesso, i sistemi di accumulo di energia marina sono una componente chiave della transizione verso un futuro più sostenibile ed ecologico nell'industria marina.

 

Vantaggi delle batterie al litio

Uno dei vantaggi più evidenti dell'utilizzo di batterie al litio rispetto al generatore diesel è la mancanza di emissioni di gas tossico e di gas serra. Se le batterie vengono caricate utilizzando fonti pulite come pannelli solari o turbine eoliche, potrebbe costituire un'energia pulita al 100%. Sono anche meno costosi in termini di manutenzione con meno componenti. Producono molto meno rumore, rendendoli ideali per situazioni di attracco vicino aree residenziali o popolate.

Le batterie al litio non sono l'unico tipo di batterie che possono essere utilizzate. In effetti, i sistemi di batterie marini possono essere divisi in batterie primarie (che non possono essere ricaricate) e batterie secondarie (che possono essere ricaricate continuamente). Quest'ultimo è più economicamente vantaggioso in un'applicazione a lungo termine, anche se si considera il degrado della capacità. Le batterie al piombo-acido sono state inizialmente utilizzate e le batterie al litio di conservazione sono considerate batterie appena emergenti. Tuttavia, la ricerca ha dimostrato che forniscono densità energetiche più elevate e una vita prolungata, il che significa che sono più adatti per applicazioni a lungo raggio e richieste di carico e alta velocità.

Indipendentemente da questi vantaggi, i ricercatori non hanno mostrato alcun segno di compiacenza. Nel corso degli anni, numerosi progetti e studi si sono concentrati sul miglioramento delle prestazioni delle batterie al litio per migliorare la loro applicazione marina. Ciò include nuove miscele chimiche per gli elettrodi e gli elettroliti modificati al fine di proteggersi da incendi e fughe termiche.

 

Selezione della batteria al litio

Esistono più caratteristiche da considerare quando si selezionano le batterie al litio per un sistema di batterie al litio di stoccaggio marino. La capacità è una specifica fondamentale da considerare quando si seleziona la colpa per l'accumulo di energia marina. Determina quanta energia può immagazzinare e, successivamente, 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 la barca può viaggiare. In un contesto marino, in cui lo spazio è spesso limitato, è importante trovare una batteria con un'alta densità di energia. Le batterie a densità di energia più elevate sono più compatte e leggere, il che è particolarmente importante per le barche in cui lo spazio e il peso sono premium.

Le valutazioni di tensione e corrente sono anche specifiche importanti da considerare quando si selezionano le batterie al litio per i sistemi di accumulo di energia marina. Queste specifiche determinano quanto velocemente la batteria può caricare e scaricare, il che è importante per le applicazioni in cui le esigenze di alimentazione possono variare rapidamente.

È importante scegliere una batteria progettata specificamente per l'uso marino. Gli ambienti marini sono duri, con esposizione all'acqua salata, all'umidità e alle temperature estreme. Le batterie al litio progettate per l'uso marittimo saranno in genere con impermeabilizzazione e resistenza alla corrosione, nonché altre caratteristiche come la resistenza alle vibrazioni e la resistenza agli shock per garantire prestazioni affidabili in condizioni difficili.

Anche la sicurezza antincendio è cruciale. Nelle applicazioni marine, vi è una quantità limitata di spazio per lo stoccaggio della batteria e qualsiasi diffusione dell'incendio potrebbe portare a rilasci di fumi tossici e costosi danni. È possibile adottare misure di installazione per limitare lo spread. Roypow, un'azienda di produzione di batterie agli ioni di litio cinese, è un esempio in cui i micro estintori integrati sono collocati nel telaio del pacco batteria. Questi estintori sono attivati ​​da un segnale elettrico o bruciando la linea termica. Ciò attiverà un generatore di aerosol che decompone chimicamente il liquido di raffreddamento attraverso una reazione redox e lo diffonde per spegnere rapidamente il fuoco prima che si diffonda. Questo metodo è ideale per interventi rapidi, adatti per applicazioni spaziali stretti come le batterie al litio di conservazione marina.

 

Sicurezza e requisiti

L'uso di batterie al litio di stoccaggio per applicazioni marine è in aumento, ma la sicurezza deve essere una priorità assoluta per garantire una progettazione e installazione adeguate. Le batterie al litio sono vulnerabili ai pericoli in fuga e al fuoco termici se non gestiti correttamente, in particolare nell'ambiente marino duro con esposizione all'acqua salata e alta umidità. Per rispondere a queste preoccupazioni, sono stati stabiliti standard e regolamenti ISO. Uno di questi standard è ISO/TS 23625, che fornisce linee guida per la selezione e l'installazione di batterie al litio nelle applicazioni marine. Questo standard specifica i requisiti di progettazione, installazione, manutenzione e monitoraggio della batteria per garantire la durata della batteria e il funzionamento sicuro. Inoltre, ISO 19848-1 fornisce indicazioni sui test e sulle prestazioni delle batterie, comprese le batterie al litio, nelle applicazioni marine.

L'ISO 26262 svolge anche un ruolo significativo nella sicurezza funzionale dei sistemi elettrici ed elettronici all'interno delle navi marine, nonché di altri veicoli. Questo standard impone che il sistema di gestione delle batterie (BMS) debba essere progettato per fornire avvisi visivi o udibili all'operatore quando la batteria è a bassa potenza, tra le altre esigenze di sicurezza. Mentre l'adesione agli standard ISO è volontaria, la conformità a queste linee guida promuove sicurezza, efficienza e longevità dei sistemi di batterie.

 

Riepilogo

Le batterie al litio di stoccaggio stanno rapidamente emergendo come una soluzione di accumulo di energia preferita per applicazioni marine a causa della loro alta densità di energia e della durata della vita estesa in condizioni impegnative. Queste batterie sono versatili e possono essere utilizzate per una serie di applicazioni marine, dall'alimentazione di barche elettriche alla fornitura di energia di backup per i sistemi di navigazione. Altri ambienti stimolanti. Si prevede che l'adozione di batterie al litio di conservazione nell'industria marina riduca le emissioni di gas serra e rivoluzionano la logistica e il trasporto.

 

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Serge Sarkis

Serge ha ottenuto il suo maestro di ingegneria meccanica presso la Università americana libanese, concentrandosi sulla scienza dei materiali ed elettrochimica.
Lavora anche come ingegnere di ricerca e sviluppo presso una startup libanese-americana. La sua linea di lavoro si concentra sul degrado della batteria agli ioni di litio e sullo sviluppo di modelli di apprendimento automatico per le previsioni di fine vita.

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