L'eroe della produzione di batterie da celebrare

Mentre le innovazioni nei prodotti e nelle soluzioni alimentate a batteria possono conquistare i titoli dei giornali, un eroe silenzioso lavora diligentemente dietro le quinte per garantire la conservazione e l'efficienza della batteria: il titolatore Karl Fischer.

Mentre la titolazione Karl Fischer (KF) si annuncia come il campione del controllo qualità della produzione di batterie, tecniche come la perdita all'essiccazione (LOD) e l'analisi termogravimetrica (TGA) supportano la sua missione principale di misurare meticolosamente il contenuto d'acqua dei materiali e degli elettroliti delle batterie.

Riduzione delle prestazioni:

L'acqua reagisce con il sale conduttore dell'elettrolita (come LiPF₆), che scompone l'elettrolita e può avviare la formazione di acido fluoridrico. L'acido fluoridrico (HF) risultante può quindi attaccare e corrodere i materiali della batteria, riducendo le prestazioni e le condizioni potenzialmente pericolose.

Rischi per la sicurezza:

Durante il normale funzionamento, le batterie generano una piccola quantità di calore a causa del movimento degli elettroni tra l'anodo e il catodo. Tuttavia, se i componenti interni, come i sensori termici o i circuiti di protezione, si guastano a causa dell'umidità o della rottura di questi componenti da parte dell'HF, può verificarsi una situazione pericolosa chiamata fuga termica.

La fuga termica è una condizione pericolosa che si verifica quando le temperature nella cella della batteria aumentano in modo incontrollato, causando potenzialmente un incendio o addirittura un'esplosione. 

Vediamo come ciò può accadere. Il processo inizia a una temperatura apparentemente bassa di 80°C, dove lo strato protettivo sull'anodo (l'interfaccia elettrolitica solida, o SEI) inizia a rompersi in una reazione che rilascia calore, innescando la seguente reazione a catena:

• Quando le temperature salgono tra i 100°C e i 120°C, l'elettrolita stesso inizia a decomporsi, rilasciando vari gas che possono contribuire a un'esplosione imminente, come CO, CO₂, CH₄, C₂H₄, H₂

• La situazione diventa ancora più critica tra i 120°C e i 130°C quando il componente del separatore si scioglie, provocando un cortocircuito interno che accelera ulteriormente la generazione di calore.

• Quando le temperature raggiungono i 150°C, il catodo reagisce con l'elettrolita, generando ossigeno e portando la cella verso il completo guasto.

• Se non viene controllata e le temperature superano i 180°C, la reazione diventa autosufficiente. L'ossigeno prodotto alimenta ulteriormente il processo di degradazione, creando un pericoloso scenario di fuga in cui le temperature aumentano rapidamente e possono portare a un incendio o a un'esplosione della batteria.

Come si può notare, anche piccole tracce d'acqua possono innescare una situazione disastrosa e pericolosa, provocando la necessità di un'ispezione meticolosa. Ecco la titolazione Karl Fischer, il nostro aiuto affidabile per misurare e controllare con precisione il contenuto d'acqua nei materiali agli ioni di litio, garantendo che l'umidità minima raggiunga la cella finale.

• Mitigazione della degradazione dell'elettrolita: il contenuto d'acqua controllato protegge dalla rottura dell'elettrolita. Il mantenimento di una capacità e di un'erogazione di potenza ottimali si traduce in prestazioni della batteria migliorate e cicli di utilizzo prolungati tra una ricarica e l'altra .

• Resistenza interna ridotta: le batterie che subiscono meno resistenza interna hanno un'efficienza e prestazioni complessive più elevate, ovvero il tuo veicolo elettrico va più lontano con una singola carica (placando l'ansia da autonomia e sostenendo la sostenibilità).

• Riduzione delle reazioni collaterali: l'abilità combinata di titolazione KF, LOD e TGA riduce al minimo i rischi per la sicurezza derivanti dalle reazioni collaterali indotte dall'acqua, compresi gli eventi volatili e pericolosi. Questo approccio rigoroso favorisce un funzionamento affidabile e sicuro della batteria per varie applicazioni.