Batterie TPPL nelle applicazioni di movimentazione dei materiali: oggi e domani

Quando si pensa alla propulsione di qualsiasi veicolo elettrico, le batterie al litio vengono subito in mente. Una delle sfide che gli OEM di apparecchiature a volte affrontano nel loro utilizzo, tuttavia, è il loro prezzo elevato. Nelle applicazioni di movimentazione materiali, tuttavia, in particolare nei carrelli elevatori, questo rappresenta uno svantaggio, soprattutto per le flotte più piccole.

Un'alternativa tuttora utilizzata nelle flotte di carrelli elevatori elettrici è la batteria al piombo puro a piastra sottile (TPPL), ancora oggi tra le tecnologie di batterie più avanzate per l'impiego in tali apparecchiature.

TPPL 101

Come tutte le batterie al piombo-acido, la tecnologia TPPL consiste in piastre di piombo sospese in una soluzione elettrolitica di acqua e acido solforico all'interno di un involucro. Tuttavia, le piastre TPPL sono particolarmente sottili, consentendo la presenza di più piastre nella batteria e una maggiore superficie reattiva. Il risultato è una minore resistenza interna, minori perdite di energia, una ricarica più rapida e una maggiore erogazione di corrente con una caduta di tensione inferiore rispetto a una normale batteria al piombo-acido ad acido libero (FLA).

Un carrello elevatore elettrico al lavoro in un magazzino. (Foto: Alamy)

Rispetto alla tecnologia FLA, le batterie TPPL, che a loro volta sono versioni migliorate delle batterie AGM (Absorbent Glass Mat) , offrono ulteriori vantaggi. Ad esempio, sono batterie sigillate e quindi non richiedono manutenzione regolare. Anche le emissioni di gas sono ridotte. Infine, la durata del ciclo è maggiore, soprattutto quando le batterie sono sottoposte a ripetuti microcicli di scarica seguiti da cariche parziali.

Svantaggi del litio

Tuttavia, anche con i più recenti miglioramenti, le batterie TPPL presentano degli svantaggi rispetto alle batterie al litio . Innanzitutto, le unità TPPL sono inferiori in termini di densità energetica. Le piastre di piombo rappresentano circa il 40-60% del peso della batteria, con conseguente riduzione della densità energetica. Pertanto, per applicazioni impegnative in cui è necessaria più energia per mantenere fluide le operazioni su più turni con un singolo pacco batteria, le batterie TPPL non possono competere con le loro controparti al litio.

Anche le batterie TPPL subiscono forti diminuzioni della conduttività elettrica a temperature estreme. La conduttività elettrica della soluzione di acido solforico diminuisce drasticamente sopra i 32 °C e sotto i 15 °C. La conduttività massima di una batteria TPPL a -21 °C è la metà di quella che si ottiene quando la temperatura dell'elettrolita è di 15 °C.

Infine, la profondità di scarica (DOD) preferita per una batteria TPPL è solo del 50%, con una scarica massima sicura dell'80%. Ciò è dovuto alla formazione di solfato di piombo(II) sugli elettrodi durante la scarica. Invece di cristalli fini e sciolti, il solfato di piombo(II) forma uno strato continuo e denso di cristalli di grandi dimensioni sulla superficie dell'elettrodo. Questo può aumentare significativamente il volume delle piastre in caso di scarica profonda, con conseguente deformazione e distruzione delle piastre stesse.

Miglioramento delle prestazioni TPPL

Esistono, tuttavia, diversi modi per migliorare in futuro il design delle batterie TPPL al fine di aumentarne le prestazioni. Ad esempio, la capacità elettrica della batteria potrebbe essere aumentata modificando il design della piastra elettrodica e utilizzando polveri per aumentare la superficie di contatto elettrolita-elettrodo.

Inoltre, l'uso di materiali più leggeri può ridurre significativamente il peso delle piastre e quindi aumentare l'energia specifica. Il titanio, ad esempio, è 2,5 volte più leggero del piombo ed è resistente alla corrosione, e sono in corso ricerche sul suo utilizzo nell'elettrodo positivo delle batterie al piombo.

Il carbonio può anche essere utilizzato come additivo per i rivestimenti delle piastre negli elettrodi sia positivi che negativi, per aiutare a prevenire la formazione di solfato di piombo (II), aumentando al contempo la proporzione della massa dell'elettrodo coinvolta nelle reazioni.

Il principale vincolo per tutte e tre queste opportunità è il costo di produzione. L'aggiunta di componenti complessi e costosi potrebbe rendere i prodotti TPPL irragionevolmente costosi. Questo è un problema, poiché si prevede che i prezzi delle batterie al litio diminuiranno con l'aumentare della produzione.

Prospettive vs. litio

Pertanto, il futuro delle batterie al piombo nelle applicazioni di movimentazione materiali resta ancora da definire. Alcune previsioni indicano una perdita di quote di mercato a favore delle batterie al litio. Nel giugno 2022, EUROBAT, l'associazione dei produttori europei di batterie per autoveicoli e industriali, ha pubblicato la versione 2.0 della sua Roadmap per l'innovazione delle batterie 2030. All'epoca, l'associazione affermava che le batterie al piombo per la trazione nella movimentazione materiali, come ad esempio nei carrelli elevatori, detenevano una quota di mercato di circa il 90%, mentre il litio stava appena iniziando a farsi strada. Entro il 2030, l'associazione prevede che la quota di mercato delle batterie agli ioni di litio nel settore della trazione salirà a quasi il 50%.

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