Prevenzione del Thermal Runaway nelle batterie: Nuovo Materiale Interrompe il Flusso di Corrente
LG Chem ha annunciato il 1° settembre di aver sviluppato, grazie al team di R&S Platform Technology della divisione CTO, un nuovo strato rinforzato di sicurezza (SRL) particolarmente sensibile alla temperatura, realizzato per prevenire la fuga termica o thermal runaway nelle batterie.
Il materiale agisce in modo simile a un fusibile, interrompendo il flusso di corrente elettrica in una prima fase di surriscaldamento. In pratica, quando la batteria inizia a surriscaldarsi, il materiale reagisce immediatamente al calore, aumentando la sua resistenza elettrica e bloccando il passaggio della corrente elettrica.
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Cosa è la thermal runaway delle batterie?
La thermal runaway è una delle cause principali degli incendi nelle batterie dei veicoli elettrici e si presenta quando il catodo e l’anodo entrano involontariamente in contatto diretto all’interno della batteria. Questo incontro provoca un corto circuito che genera un rapido incremento di calore, con una temperatura che raggiunge quasi i 1.000°C in pochi istanti, provocando un incendio. Il nuovo materiale per la soppressione della fuga termica è stato progettato per prevenire tali incendi, arrestando il processo reattivo nelle prime fasi del surriscaldamento.
Una sentinella ultrasottile contro le fughe termiche
Il materiale è stato creato sotto forma di uno strato ultrasottile, delle dimensioni di un solo micrometro, posizionato tra il catodo e il collettore di corrente della batteria. Quando la temperatura tocca o supera i 90-130°C, il materiale reagisce al calore modificando la sua struttura molecolare e bloccando appunto il passaggio della corrente.
Questo elemento ha una sensibilità termica molto elevata, con un aumento della resistenza elettrica di 5.000 ohm per ogni aumento di grado Celsius. La resistenza è in grado di superare di oltre 1.000 volte il suo valore a temperatura ambiente, ma è anche reversibile: quando la temperatura viene abbassata, la resistenza torna al suo livello originale, permettendo la ripresa del flusso di corrente.
Test di Sicurezza su Batterie LCO e NCM: il nuovo materiale previene incendi e Thermal Runaway
Durante i test effettuati su delle batterie con impatto e penetrazione, quelle dotate del nuovo materiale non hanno preso fuoco o sono comunque state in grado di spegnere la fiamma quasi immediatamente, impedendo così il verificarsi di un vero e proprio runaway termico.
In particolare durante un test di sicurezza condotto le batterie al LCO (Lithium Cobalt Oxide), sono state perforate con un chiodo per simulare un danno fisico grave e valutare la loro reazione. Nelle batterie normali (quelle senza il nuovo materiale di soppressione termica), l’84% di esse ha subito un incendio.
Al contrario, tutte le batterie dotate del nuovo materiale di soppressione termica non hanno preso fuoco, dimostrando che il materiale è efficace nel prevenire incendi anche in situazioni critiche, come la perforazione della batteria stessa.
In un test di impatto sulle batterie NCM (nichel cobalto manganese) per veicoli elettrici, in cui è stato fatto cadere un peso di 10 kg sulle batterie, tutte le batterie standard hanno preso fuoco. Al contrario, il 70% delle batterie dotate del nuovo materiale non ha mostrato segni di incendio, mentre il restante 30% ha visto l’accensione di fiamme che sono state rapidamente spente.
Lee Jong-gu, CTO di LG Chem, ha dichiarato: “Questo è un risultato di ricerca tangibile che può essere applicato alla produzione di massa in un breve periodo di tempo. Miglioreremo la tecnologia di sicurezza per garantire che i clienti possano utilizzare i veicoli elettrici con fiducia e contribuire a rafforzare la nostra competitività nel mercato delle batterie.” La ricerca è stata pubblicata su Nature.