Tutto sulle batterie al litio

Batterie al litio. Il nostro futuro sarà segnato dall'utilizzo di questi straordinari  accumulatori di energia che già oggi ci permettono di massimizzare l'autoconsumo di energia elettrica grazie all'impianto fotovoltaico con storage. Proprio in questi giorni, poi, l'accumulo è tornato a conquistare ampie pagine sui giornali e sui social per il provvedimento dell'Agenzia delle Entrate che stabilisce come usufruire del bonus per i sistemi di accumulo integrati. L'agevolazione, introdotta dalla Legge di Bilancio 2022 (Legge n. 234/2021), si riferisce infatti alle spese sostenute dal 1 gennaio al 31 dicembre 2022 relative all'installazione di sistemi di accumulo integrati in impianti di produzione elettrica alimentati da fonti rinnovabili. Potrà essere richiesto dal 1° marzo 2023 e la percentuale di spesa riconosciuta come credito d'imposta sarà stabilita ex post sulla base delle richieste pervenute e, quindi, potrebbe arrivare anche al 100%. Un provvedimento che rafforza ulteriormente la convenienza del fotovoltaico soprattutto se completo di sistema di accumulo.

Oggi fotovoltaico e storage sono alla base del prosumage ovvero del prosumer che grazie alla gestione delle batterie ottimizza l'utilizzo dell'energia autoprodotta riducendo al minimo gli scambi con la rete. Vediamo qui cosa sono e come si utilizzano al meglio le batterie che stanno cambiando tanto radicalmente il nostro modo di intendere l'energia. 

Batterie al litio: gli inizi

Tutto prende avvio con la crisi petrolifera mondiale e gli studi sviluppati da tre chimici, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino che nel 2019, proprio per il valore di queste ricerche, hanno ricevuto il premio Nobel per la Chimica. La prima batteria messa a punto da Whittingham ha come anodo litio metallico e come catodo il disolfuro di titanio. La caratteristica principale: il flusso degli elettroni tra i due può essere ripristinato tramite ricarica innumerevoli volte.

Questo prototipo viene migliorato da Goodenough e Yoshino e diventa la batteria che tutti conosciamo, applicabile su larga scala, prima ai computer portatili poi agli smartphone, in una storia che arriva fino agli impianti fotovoltaici con storage. 

Batterie al litio e fotovoltaico: perché si usano e quanto durano

Le batterie al litio nei sistemi di storage offrono le prestazioni più elevate e la maggiore durata nel tempo. Con una batteria al litio inserita in un impianto ben progettato è possibile raddoppiare la quota di autoconsumo arrivando a toccare il 70/80%. Una maggiore capacità di accumulo, un elevato numero di cicli di ricarica e una profondità di scarica (DoD - Depth Of Discharge) ormai superiore al 90%, permettono infatti di coprire buona parte dei consumi domestici. Nel prossimo futuro, con la nascita delle smart grid, incrementeranno la nostra capacità di scambiare energia in rete. Accumulo e inverter in un impianto fotovoltaico sono sempre più utilizzati in maniera simbiotica per migliorare la capacità e aumentare la stabilità della rete. Una consapevolezza importante soprattutto in un'ottica di sviluppo delle comunità energetiche e della generazione distribuita.  

L'accumulo per Evolvere

Evolvere utilizza il sistema di accumulo agli ioni di litio REACT 2 sviluppato dall’azienda italiana FIMER. Dotato di una capacità di accumulo da 4 a 12 kWh, ha tra le sue caratteristiche più importanti proprio il valore della profondità di scarica (DoD) che arriva al 95%.   
REACT 2 però ha anche altre peculiarità che la rendono un prodotto all’avanguardia: è modulare e questo permette di aumentare la capacità di storage dell'impianto secondo le esigenze di progettazione. Può essere disaccoppiato rispetto all’inverter, per sfruttare più efficacemente gli spazi. Può essere installato anche su vecchi impianti aumentandone la capacità, nell’ottica di un’operazione di retrofit. 
La batteria è un elemento centrale dell’impianto e deve essere monitorata con attenzione. Il suo stato deve essere analizzato costantemente attraverso un sistema efficace di energy metering che consente di distribuire i carichi nel modo migliore. Da non sottovalutare anche l’ambito della sicurezza: una batteria ben gestita può diventare una riserva di energia nel momento del bisogno, attivando ad esempio le luci di emergenza in caso di blackout.
Garantite dieci anni, con operazioni di smontaggio e smaltimento compreso nel prezzo di acquisto, le batterie al litio possono in realtà durare molto più a lungo. Se utilizzate in maniera corretta, con un ciclo di carico e scarico quotidiano, la vita media tocca i 15 anni.

Batterie al litio: cos'è il litio e dove si ricava

Il litio (Li) - dal greco lithos, pietra – è un metallo alcalino che reagisce rapidamente con l’ossigeno (ossidazione) contenuto nell’aria o nell’acqua ed è il metallo più leggero della tavola periodica (1 mole di Litio pesa solo 7 grammi). Presenta un'elevata densità energetica (Li → Li+ + e-) ed una capacità teorica pari a 3.87Ah/g (pari a 41 MJ·kg-1). Si ricava per estrazione dalle miniere: nel mondo ne esistono molte. L’Australia è il Paese con la maggiore estrazione di litio, seguono Cile e Cina. La più grande miniera, però, è in Messico e nei prossimi anni diventerà un'enorme risorsa per il Paese. 

Batterie al litio: quanto ne serve

A fronte di questi dati, con un calcolo matematico, si può arrivare a stabilire il quantitativo teorico necessario per attivare una batteria Litio-Ferro Fosfato (LiFePO4) da 3.2V: 80 grammi di litio per kWh. Questo però è un calcolo teorico: nella realtà invece, per diversi fattori, il quantitativo di litio contenuto è più alto, circa il doppio del valore teorico, cioè 160 g per kWh. Per fare un esempio: una comune batteria stilo non ricaricabile, FR6 LiFeS2 1.5Volt 3000mAh, contiene circa 0.72g di litio (il 4.8% del peso della stessa batteria) mentre la batteria della Nissan Leaf, 24kWh – 109cv, contiene circa 4 kg di litio.

Batterie al litio: quanto ne servirà per il prossimo futuro

Quanto peserà sulle riserve mondiali la domanda in continua crescita di litio? Una interessante risposta ci arriva da un articolo firmato da Domenico Cimmino e Alessandro Burgio, nell'ambito del gruppo di lavoro Evolvere nel progetto ComEsto.

Possiamo riassumerla in questo modo: tanto, anzi, tantissimo. Le batterie agli ioni di litio rappresentano il 45-60% del mercato mondiale di litio, una percentuale destinata però a crescere soprattutto con la diffusione della mobilità elettrica. Quest'ultima infatti interessa l'84% del mercato mondiale di batterie agli ioni di litio. Il mercato dello stoccaggio stazionario e residenziale rappresenta appena il 6% del mercato globale: anche qui si attende una crescita esponenziale con la diffusione della generazione distribuita dell'energia e, di conseguenza degli accumulatori necessari per lo storage.

Con un importante appunto: gli esperti del settore stimano che il 32% delle batterie per lo stoccaggio stazionario sarà costituito da batterie dismesse dai veicoli elettrici (second life batteries), in un'ottica di ancora maggiore sostenibilità del settore.