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Le batterie ricaricabili a base di litio comportano seri rischi d'incendio a causa di un fenomeno chiamato runaway termico. Questo avviene essenzialmente quando la batteria inizia a riscaldarsi in modo incontrollato e potrebbe persino esplodere. Il problema si verifica generalmente dopo che la batteria è stata danneggiata fisicamente, sovraccaricata o esposta a temperature superiori ai 60 gradi Celsius. Queste condizioni degradano le componenti interne che mantengono separate le parti all'interno della batteria, causando reazioni chimiche che rilasciano materiali infiammabili come l'elettrolita. Il semplice foro di una cella può innescare quasi istantaneamente le celle vicine. Per gestire tutti questi pericoli, i produttori necessitano di sistemi efficaci di controllo della tensione e di procedure corrette di scarica prima dello stoccaggio o del trasporto. Molte aziende includono ormai particolari dispositivi di sicurezza direttamente nei loro progetti di batterie per prevenire tali incidenti.
La stabilità delle batterie è influenzata sia dalla temperatura che dall'umidità. Ricerche mostrano che quando le celle vengono conservate al di sopra dei 25 gradi Celsius, tendono a degradarsi circa tre volte più velocemente rispetto a quelle mantenute tra 15 e 20 gradi. Anche i test elettrochimici confermano questo fenomeno. Quando l'aria è troppo umida, con un'umidità superiore al 60%, inizia effettivamente a corrodere i terminali delle batterie e favorisce la crescita di dendriti pericolosi all'interno della cella. Questo rende molto più probabili cortocircuiti interni. Per una corretta conservazione, è preferibile tenere le batterie in luoghi dove la temperatura rimane abbastanza costante. Evitare di riporle in soffitte o garage dove la temperatura può variare di oltre 10 gradi durante il giorno. È anche importante mantenere i livelli di umidità al di sotto del 50%. Le bustine di gel di silice sono efficaci nell'assorbire l'umidità in eccesso e nel proteggere dai danni causati dall'ambiente umido.
Quando le batterie diventano troppo calde per troppo tempo, si parla sostanzialmente di abuso termico, una delle principali ragioni per cui si guastano precocemente. Chiunque lasci i propri pacchi batteria vicino a prese d'aria riscaldate, vicino a motori in funzione o esposti al sole noterà problemi abbastanza rapidamente. I catodi iniziano a degradarsi nel tempo, il che significa che la batteria trattiene sempre meno carica ogni anno, tra il 15% e addirittura il 30%. Se queste batterie continuano a essere esposte a temperature superiori ai 40 gradi Celsius, all'interno accade qualcosa di grave. L'elettrolita inizia a trasformarsi in gas, causando il rigonfiamento del contenitore e creando problemi di sicurezza reali quando si cerca di ricaricarle in seguito. Da quanto osservato nei test con la termografia, mantenere le aree di stoccaggio sotto i 30 gradi è cruciale. La maggior parte delle persone risolve questo problema assicurandosi che vi sia sufficiente spazio intorno alle batterie per permettere la circolazione dell'aria, e a volte aggiungendo un tipo di materiale schermante contro il calore tra la batteria e qualsiasi fonte di riscaldamento vicina.
Le batterie al litio ricaricabili mantengono le prestazioni ottimali se conservate con una carica del 40–50%. Questa "zona ideale" riduce al minimo lo stress su catodo e anodo, prevenendo la deposizione di litio, una reazione secondaria che degrada gli elettrodi. Un'analisi del 2023 su 12 principali produttori di batterie agli ioni di litio ha rivelato che il 92% consiglia la carica parziale per la conservazione, sottolineando un ampio consenso nel settore.
Mantenere le batterie completamente cariche accelera in realtà la degradazione dei loro componenti chimici interni, mentre lasciarle scaricare completamente può causare un pericoloso accumulo di rame all'interno delle celle della batteria. Secondo l'ultima edizione del International Fire Code del 2024, conservare le batterie con una carica non superiore al 30% riduce la possibilità di incidenti di surriscaldamento di circa il 37% rispetto a quando vengono conservate completamente cariche. La maggior parte delle persone scopre che mantenere le batterie con una carica compresa tra il 40 e il 50% funziona meglio nella pratica. Questo consente di compensare la naturale perdita mensile di carica del 5% senza correre il rischio di scaricare completamente la batteria, cosa che nel tempo ne danneggia seriamente le prestazioni.
Anche in condizioni ideali, le batterie al litio perdono annualmente il 2–4% della capacità a causa della crescita dell'interfase solido-elettrolita (SEI). Per immagazzinaggio superiore ai sei mesi, ricaricare al 50% ogni 3–6 mesi per prevenire scariche profonde. Mentre i sistemi industriali di gestione delle batterie utilizzano algoritmi adattivi basati sulla temperatura, il monitoraggio manuale è sufficiente per applicazioni consumer.
Considerazione chiave :
| Durata della conservazione | Azione consigliata |
|---|---|
| <3 mesi | Conservare al 40-50% |
| 3-12 mesi | Ricaricare trimestralmente |
| >12 mesi | Utilizzare allarmi di tensione |
Le batterie al litio-ione funzionano al meglio quando conservate tra 15°C e 25°C (59°F–77°F) . Esposizione al di sotto 0°C (32°F) riduce la conducibilità ionica, mentre temperature superiori a 45°C (113°F) aumentano il rischio di thermal runaway a causa del fusione del separatore. Studi dimostrano che le celle conservate a 35°C perdono 30% in più di capacità annualmente rispetto a quelle mantenute a 20°C.
| Condizioni | Intervallo ideale | Soglia di Rischio |
|---|---|---|
| Temperatura | 15°C–25°C (59°F–77°F) | <0°C o >45°C (32°F–113°F) |
| Umidità relativa | 45–55% | >90% |
Non conservare mai le batterie vicino a radiatori, esposte direttamente al sole o all'interno di automobili parcheggiate durante il caldo. Il controllo della temperatura è molto importante per la salute delle batterie. Quando le temperature variano di oltre 10 gradi Celsius (circa 18 Fahrenheit) al giorno, gli elettrodi al loro interno si espandono e si contraggono, causando nel tempo un reale stress meccanico. Per piccole quantità conservate a casa o in ufficio, le scatole di plastica isolate funzionano al meglio se posizionate in ambienti con temperatura ambiente stabile. Le grandi operazioni richiedono sistemi HVAC adeguati in grado di mantenere le temperature entro un intervallo ristretto di ±2 gradi. Questo aiuta a evitare che alcune aree invecchino più velocemente di altre, riducendo significativamente la durata complessiva.
Quando i livelli di umidità superano il 70%, i terminali iniziano a corrodere e si corre il rischio che si formi acido fluoridrico all'interno delle custodie delle batterie, riducendo la durata delle batterie di circa il 40% nei climi caldi e umidi. Al contrario, quando l'umidità scende sotto il 30%, l'elettricità statica diventa un problema maggiore, in grado di danneggiare componenti sensibili. In questo caso, una buona ventilazione è essenziale: si consiglia di prevedere tra sei e dodici ricambi d'aria completi ogni ora per eliminare i dannosi composti organici volatili emessi dalle celle delle batterie più datate. La maggior parte delle strutture utilizza sacchetti di gel di silice o deumidificatori industriali per mantenere la stabilità, soprattutto per lo stoccaggio delle batterie al litio-ferro fosfato, particolarmente sensibili alle fluttuazioni di umidità. Gli esperti del settore raccomandano generalmente un monitoraggio e una manutenzione regolari di questi sistemi di controllo ambientale.
Per un utilizzo quotidiano o settimanale, conservare le batterie con una carica del 40–50% in un ambiente asciutto e a temperatura ambiente (15–25°C/59–77°F). Questo riduce lo stress sugli elettrodi mantenendo la prontezza. Utilizzare contenitori non conduttivi, evitare di impilare e tenere le batterie lontano da oggetti metallici. Non lasciarle nei dispositivi per più di 30 giorni per prevenire il consumo parassita.
Le batterie conservate per sei mesi o più richiedono un rigoroso controllo ambientale:
| Fattore | Condizione ideale | Frequenza del monitoraggio |
|---|---|---|
| Livello di carica | 40–50% | Ogni 3 mesi |
| Temperatura ambiente | 10–20°C (50–68°F) | Mensile |
| Umidità | <50% di umidità relativa | Ogni due settimane |
Un rapporto del 2023 sulla sicurezza delle batterie ha rilevato che le batterie conservate a piena carica per sei mesi hanno perso il 18–22% della capacità, rispetto solo al 2–4% quando conservate al 50%. Si consiglia fortemente una conservazione in ambiente climatizzato.
Le batterie agli ioni di litio si scaricano autonomamente del 1.5–2% al mese. Per prevenire la scarica profonda, ricaricare al 50% ogni 6–9 mesi, ma non superare mai l'85% durante la carica di manutenzione. Permettere alla carica di scendere sotto il 5% accelera la solfatazione, un processo di degradazione che costa alle aziende statunitensi 740 milioni di dollari all'anno in sostituzioni premature (Ponemon 2023).
La maggior parte dei principali produttori, insieme a organizzazioni per la sicurezza come UL Solutions e la National Fire Protection Association, ha sostanzialmente stabilito alcune linee guida di base per lo stoccaggio. La temperatura deve mantenersi all'incirca tra 10 e 25 gradi Celsius, il che corrisponde a circa 50-77 gradi Fahrenheit, mentre sembra ideale mantenere l'umidità tra il 50 e il 60 percento. Secondo lo standard NFPA 855, le batterie devono essere tenute lontano da qualsiasi cosa possa prendere fuoco e devono esserci controlli continui sulle condizioni termiche. Alcuni aspetti importanti da ricordare quando si maneggiano questi oggetti includono il fatto di mantenerli sempre in posizione verticale con i relativi coperchi protettivi al loro posto e assolutamente di non lasciarli accumulare liberamente uno sull'altro. Per le operazioni più grandi, ha senso installare apparecchiature per l'imaging termico insieme a sistemi passivi di soppressione degli incendi. Queste misure aiutano a prevenire quelle situazioni pericolose in cui le batterie iniziano a surriscaldarsi in modo incontrollato.
Secondo uno studio effettuato dall'Università delle Batterie nel 2023 su circa 2.000 batterie per utensili elettrici restituite, quelle immagazzinate in modo errato hanno perso circa due terzi della loro capacità entro soli 18 mesi. Le batterie conservate in buone condizioni hanno perso meno del 20% della capacità. Quando le batterie si degradano così gravemente, tendono a presentare problemi di caduta di tensione e un fenomeno noto come deposizione di litio (lithium plating) sugli elettrodi. I ricercatori hanno scoperto che molti dispositivi intelligenti smettono di funzionare precocemente perché le persone lasciano spesso i dispositivi in carica costantemente quando la temperatura supera i 30 gradi Celsius. Approfondendo ulteriormente le ragioni di questo fenomeno, gli scienziati indicano una formazione accelerata di ciò che è noto come strato SEI, oltre a un degrado chimico della soluzione elettrolitica all'interno delle celle della batteria quando rimangono completamente cariche per lunghi periodi.
La maggior parte degli esperti concorda sul fatto che mantenere le batterie parzialmente cariche aiuta a ridurre le reazioni chimiche indesiderate al loro interno. Secondo studi della Electrochemical Society, le batterie lasciate alla carica completa (100% SOC) vedono aumentare la loro resistenza interna di circa il 15% ogni mese. Questo fenomeno è molto più grave rispetto a quando vengono mantenute al circa il 60% della capacità, dove la resistenza aumenta soltanto del 2,2%. I principali produttori, tra cui Dell e Tesla, consigliano di mantenere il livello di carica delle batterie tra il 40 e il 60 percento per garantire un migliore equilibrio chimico nel tempo. Quando si immagazzinano batterie per lunghi periodi, è sensato ruotare le scorte ogni tre mesi. Ricaricare tutte le unità al circa il 50% della capacità ogni 90 giorni aiuta a contrastare i problemi di scarica naturale e previene danni gravi, come la dissoluzione permanente del rame quando il livello scende sotto il 20% SOC.
Le batterie al litio ricaricabili sono principalmente a rischio a causa di fenomeni di thermal runaway, pericoli di incendio e degrado causato da condizioni di stoccaggio inappropriate, tra cui temperature ed umidità estreme.
Per prolungare la vita della batteria, conservare le batterie al litio con una carica parziale (40-50%) in un ambiente climatizzato con temperature stabili comprese tra 15-25°C e livelli di umidità tra il 45% e il 55%.
Per la conservazione a lungo termine, mantenere le batterie al 40-50% di carica, monitorare regolarmente le condizioni ambientali e ricaricarle fino al 50% circa ogni 3-6 mesi per evitare scariche profonde.
La carica parziale riduce lo stress sui componenti della batteria, minimizza il degrado e aiuta a mantenere l'equilibrio chimico all'interno delle celle, prevenendo reazioni chimiche indesiderate e prolungando la vita della batteria.