Sistemi passivi di Thermal Management per batterie al litio mediante l'utilizzo di materiali a cambiamento di fase (PCM): un approccio per l'estensione della vita utile e la sostenibilità ambientale

This thesis analyzes the integration of phase change materials (PCMs) as an innovative solution for the thermal management of lithium-ion batteries. The main objective is to improve the thermal management of batteries passively, i.e., without consuming additional energy, in order to ensure their safety and increase their useful life. Through the application of the principles of Technical Physics, we examine how the latent heat of fusion of PCMs allows the operating temperatures of the cells to be stabilized, preventing accelerated degradation and the risk of thermal runaway. The study places a strong emphasis on environmental sustainability: optimizing thermal performance means reducing the need for battery replacement, thus limiting the extraction of critical raw materials and the ecological impact associated with production. In conclusion, the paper demonstrates how the adoption of passive systems is a key strategy for making electric mobility more efficient and environmentally friendly, while promoting the circular economy through the possible reuse of end-of-life batteries (Second Life).

Il presente lavoro di tesi analizza l'integrazione dei materiali a cambiamento di fase (PCM) come soluzione innovativa per il Thermal Management delle batterie agli ioni di litio. L’obiettivo centrale è quello di migliorare la gestione termica degli accumulatori in modo passivo, ovvero senza consumo di energia aggiuntiva, per garantirne la sicurezza e incrementarne la vita utile. Attraverso l’applicazione dei principi di Fisica Tecnica, viene esaminato come il calore latente di fusione dei PCM consenta di stabilizzare le temperature operative delle celle, prevenendo fenomeni di degrado accelerato e rischi di thermal runaway. Lo studio pone un forte accento sulla sostenibilità ambientale: ottimizzare le prestazioni termiche significa ridurre la necessità di sostituzione delle batterie, limitando così l'estrazione di materie prime critiche e l’impatto ecologico legato alla produzione. In conclusione, l'elaborato dimostra come l'adozione di sistemi passivi rappresenti una strategia chiave per rendere la mobilità elettrica più efficiente e rispettosa dell'ambiente, favorendo al contempo l'economia circolare attraverso il possibile riutilizzo delle batterie a fine vita (Second Life).