Modellazione del Comportamento delle Batterie agli Ioni di Litio: Dalla Dinamica Elettrochimica alla Perdita di Capacità Durante un Driving Cycle

La crescente diffusione dei veicoli elettrici e dei sistemi di accumulo energetico rende fondamentale comprendere i meccanismi di degradazione delle batterie agli ioni di litio. Questa tesi si propone di analizzare, attraverso strumenti di simulazione, la perdita di capacità nel tempo delle celle agli ioni di litio, con particolare attenzione alla formazione dello strato SEI (Solid Electrolyte Interphase), uno dei principali responsabili dell’“aging” a calendario. Dopo un’introduzione al funzionamento elettrochimico delle celle, si analizzano le principali chimiche catodiche (LCO, NMC, NCA, LFP, LMO) confrontandone prestazioni, stabilità e impatti ambientali. Viene quindi presentato il modello fisico di crescita del SEI proposto da Ploehn, scelto per la sua semplicità e applicabilità pratica in software come Battery Design Studio. Il modello viene calibrato sulla base di dati sperimentali di letteratura relativi a una cella cilindrica LiFePO₄ (formato 26650), quindi applicato per simulare la degradazione di capacità delle moderne celle 4680 e 4695 con chimica NCA, in condizioni realistiche di guida. I risultati mostrano l’evoluzione della capacità residua e permettono valutazioni sul ciclo di vita atteso. In conclusione, il modello di Ploehn si conferma utile per analisi progettuali e predittive, pur con limiti legati all’assenza di effetti cinetici complessi e strutture SEI multilivello. Sebbene oggi esistano già modelli data-driven basati su intelligenza artificiale per la stima della vita utile delle celle, questi richiedono grandi quantità di dati sperimentali e non sono ancora adatti alla fase di progettazione iniziale, dove i modelli fisici mantengono un ruolo centrale.