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e batterie agli ioni di litio presentano di-
versi vantaggi rispetto alle tradizionali
batterie al piombo-acido a valvola che
oggi si utilizzano per gli UPS. Grazie alla dura-
ta nettamente superiore, alle dimensioni più
compatte, al peso inferiore, ai tempi di ricarica
ridotti e ai prezzi in calo, le batterie agli ioni di
litio rappresentano una tecnologia di stoccag-
gio energetico particolarmente interessante.
Cosa sono le batterie agli ioni di litio e quali
sono le differenze rispetto a quelle al piombo-
acido? Semplificando il più possibile, una bat-
teria è un dispositivo elettrochimico che imma-
gazzina energia e la libera sotto forma di elet-
tricità. Le batterie generalmente sono dispo-
ste in gruppi e possono essere collegate in
serie e/o in parallelo per ottenere tensioni e
correnti adatte alle varie applicazioni. Questa
semplice descrizione riguarda sia le batterie
al piombo-acido che quelle agli ioni di litio.
Ogni batteria contiene un catodo (positivo) e
un anodo (negativo) sospesi in un elettrolita, il
quale funge da catalizzatore per la reazione
elettrochimica che pro-duce la carica e la sca-
rica come flusso di ioni da un elettrodo all’altro
e impedisce che gli elettroni accumulatisi sul-
l’anodo tornino al catodo in assenza di carico.
La reazione chimica provoca una differenza di
potenziale (cioè la tensione) nella carica tra il
catodo e l’anodo con l’accumulo degli elettro-
ni sull’anodo. Collegando un carico ai termina-
li della batteria tramite un cavo, si induce un
flusso di corrente che scarica la batteria mano
a mano che gli elettroni (cioè la corrente) mi-
grano dall’a-nodo (terminale negativo) al cari-
co e quindi al catodo (terminale positivo).
Quando avviene questo flusso di ioni, la chimi-
ca della batteria cambia fino a quando non è
più possibile fornire elettroni all’anodo, allor-
ché la batteria è scarica. La batteria può esse-
re ricaricata utilizzando una fonte di alimenta-
zione esterna per invertire il flusso degli elet-
troni nell’elettrolita dal catodo all’anodo. La Fi-
gura 1 contiene un semplice schema del flus-
so di elettroni all’interno della batteria e tra la
batteria e il carico.
La principale differenza tra una batteria agli io-
ni di litio e una batteria al piombo-acido è la
composizione chimica dei materiali impiegati
negli elettrodi e nell’elettro-lita. Nella maggior
parte delle moderne batterie agli ioni di litio
viene utilizzato un ossido metallico per il cato-
do e un materiale al carbonio per l’anodo,
mentre la soluzione elettrolitica è un sale di li-
tio sciolto in un solvente organico. Una batte-
ria al piombo-acido, invece, contiene un cato-
do in diossido di piombo, un anodo in piombo
e l’elettrolita costituito da acido solforico.
Il rendimento di una batteria dipende in larga
misura da queste caratteristiche chi-miche. La
Tabella 1 evidenzia alcune differenze di rendi-
mento ad alto livello tra i due tipi di batterie uti-
lizzate negli UPS. È importante, tuttavia, tene-
re presente che il rendimento di due batterie
dello stesso tipo può essere molto diverso a
seconda delle caratteristiche chimiche (cioè
l’elettrolita e gli elettrodi), del tipo di materiali,
dalla loro qualità e dalla costruzione delle cel-
le. Per tale motivo, se non si sceglie un deter-
minato tipo di batteria e un’applicazione spe-
cifica non è semplice genera-lizzare o sintetiz-
zare le caratteristiche delle batterie agli ioni di
litio. La tabella illustra l’intervallo di rendimen-
to tipico dei tipi di celle delle batterie utilizzate
attualmente negli UPS.
Dal punto di vista delle spese di esercizio, un
sistema agli ioni di litio presenta in-dubbi van-
taggi, soprattutto per quanto riguarda la dura-
ta almeno doppia rispetto ai sistemi al piom-
bo-acido a valvola. In un periodo di 15 anni è
probabile che le batte-rie al piombo-acido a
valvola debbano essere sostituite 2-3 volte,
a
ttualità
e
lettrotecnica - gennaio/febbraio
2018
- numero
1
mentre quelle agli ioni di litio non debbano es-
sere sostituite o debbano essere sostituite una
sola volta, per cui questa tecnologia consente
di risparmiare e ridurre la manutenzione. La
durata delle batterie agli ioni di litio a volte vie-
ne specificata con una tempera-tura più alta
(40 °C) rispetto a quella delle batterie al piom-
bo-acido (20-25 °C); in tal caso, queste batte-
rie sono in grado di tollerare una temperatura
ambiente superiore senza che la loro durata si
riduca2. Questo vantaggio può incrementare
ulteriormente il risparmio dei costi di esercizio
riducendo i requisiti energetici del raffredda-
mento. Dal momento che i sistemi di batterie
agli ioni di litio sono dal 50 all’80% più com-
patti, lo spazio risparmiato può essere impie-
gato in maniera più produttiva, per cui i costi
totali di possesso dei sistemi agli ioni di litio
potrebbero ridursi ulteriormente. Dalla nostra
analisi è emerso che i costi totali di possesso
(al 2016) dei sistemi di UPS agli ioni di litio ge-
neralmente sono dal 10 al 40% inferiori rispet-
to a quelli dei sistemi al piombo acido a valvo-
la in un periodo di 10 anni. Se il produttore del-
l’UPS conferma la compatibilità della batteria
agli ioni di litio specifica, è possibile utilizzare
batterie agli ioni di litio con il proprio UPS. In
generale, la chimica, le dimensioni, gli inter-
valli di tensione, i fattori di forma e i tipi di con-
nettori delle batterie al litio sono molto variabi-
li, per cui è necessario tenere conto di tali dif-
ferenze per l’implementazione del progetto
dell’inverter dell’UPS, del caricatore, delle ca-
ratteristiche meccaniche e del firmware. Detto
a cura di Schneider Electric
batterie agli ioni di litio e UPS
matrimonio possibile
Uno dei punti problematici negli UPS è
rappresentato dalle batterie. Oggi la
soluzione delle batterie al litio
rappresenta una strada che
offre interessanti vantaggi
Tabella 1
