Criteri diagnostici avanzati per la ricostruzione dell’impedenza in-operando nelle batterie a litio-ione

Le batterie stanno diventando il cuore pulsante dell'energia moderna, in particolare le batterie agli ioni di litio si stanno diffondendo come fonti di energia per l'utilizzo nei veicoli elettrici. L'adozione diffusa di quest’ultimi sta ponendo l’attenzione su due aspetti molto legati tra loro che sono la ricarica veloce e la diagnosi in operando dello stato di salute della batteria. Uno dei principali limiti della ricarica veloce è legato ai fenomeni di degradazione, primo fra tutti la placcatura di litio. Per la diagnosi precoce del degrado, risulta di grande interesse lo sviluppo di un metodo diagnostico da inserire all’interno del protocollo di ricarica; importanti informazioni per quanto riguarda lo stato di salute delle batterie possono essere estrapolate dagli spettri di impedenza elettrochimica (EIS) che, generalmente, vengono ricostruiti da perturbazione armonica, metodo non applicabile in operando durante il protocollo di ricarica. La tecnica implementata nella tesi si basa sulla ricostruzione dell’impedenza da simulazione numerica transitoria di uno step di corrente di carica, seguito da un rilassamento del voltaggio (step test). La ricostruzione dell’impedenza da dominio tempo a dominio frequenza viene effettuata applicando una trasformata di Fourier alle tracce di corrente e di potenziale risultanti. Con l’inserimento di una pausa nel protocollo di ricarica rapida sarebbe quindi possibile far rilassare i fenomeni degradativi e, contemporaneamente, eseguire diagnosi in operando. Questa tesi si propone di fornire indicazioni operative per ricostruire l’impedenza di una batteria in un intervallo di frequenze più ampio possibile, con una pausa più breve possibile, con un campionamento temporale realistico, entro il range di linearità di corrente, e attenuando gli effetti del rumore di misura. Per analizzare la linearità è stato utilizzato un modello multi-fisico implementato in COMSOL Multiphysics® mentre, per quanto riguarda tutti gli altri aspetti, la batteria è stata modellata con ...