Analisi e simulazione del Thermal Runaway nelle batterie agli ioni di litio: Modelli multi-scala e strategie di mitigazione

Questa tesi si focalizza sul fenomeno del Thermal Runaway, un evento critico ed estremamente pericoloso che può verificarsi nelle batterie agli ioni di litio, caratterizzato da una fuga incontrollata di calore generato all’interno della cella, che può condurre a eventi di natura esplosiva. Il lavoro si basa sullo studio dei meccanismi fisici e chimici alla base della generazione del Thermal Runaway, con particolare attenzione ai processi di accumulo e propagazione del calore all’interno della batteria. In questo contesto, il fenomeno viene dapprima analizzato dal punto di vista teorico e successivamente modellato mediante approcci di diversa complessità. In particolare, è stato sviluppato inizialmente un modello zero-dimensionale utilizzando il linguaggio Python, al fine di descrivere l’evoluzione globale del bilancio energetico della cella. Sulla base dei risultati ottenuti dallo 0D è stato successivamente sviluppato un modello tridimensionale, con l’ausilio del software commerciale Simcenter Star-CCM+, in modo da poter rappresentare in maniera più accurata la distribuzione spaziale della temperatura. L’obiettivo del presente lavoro consiste nella ricerca e nella successiva implementazione di una strategia di raffreddamento che permetta di mitigare o evitare il fenomeno del Thermal Runaway. Una volta implementata la strategia, la curva di temperatura che ne risulta viene messa a confronto con il test sperimentale utilizzato come riferimento. I risultati evidenziano una buona concordanza con i dati sperimentali, confermando l’efficacia del modello nel riprodurre il comportamento termico della batteria, con e senza la strategia di raffreddamento.