Caratteristiche delle Batterie al Litio Metallico
Le batterie primarie a base di litio, conosciute anche come batterie al litio metallico, rappresentano una categoria innovativa di batterie non ricaricabili. Queste batterie si distinguono per il loro anodo in litio metallico. Un aspetto fondamentale delle batterie al litio metallico è il loro basso tasso di autoscarica, che garantisce una durata della conservazione eccezionale, fino a 10 anni, anche in condizioni di temperatura elevata, raggiungendo i 70°C.
Tipologie Comuni di Celle al Litio
Le batterie al litio si presentano in diverse tipologie, ciascuna con caratteristiche specifiche:
Celle al Litio-Manganese Diossido.
Celle al Litio Ferro Disolfuro.
Celle al Litio Tionil Cloruro.
Celle al Litio-Aria.
La reazione complessiva nelle celle al Litio/MnO2 è rappresentata dalla seguente equazione: Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) [E° = +3.19 V].
Differenze tra Batterie Primarie e Secondarie
È importante distinguere le batterie primarie al litio, usa e getta, dalle batterie secondarie, come quelle al litio-ionico o al litio-polimero, che sono ricaricabili. Le batterie al litio-ionico, a differenza di quelle al litio metallico, non contengono litio metallico.
Standard IEC e Composizione Chimica
Nel sistema standard IEC, la lettera iniziale identifica la composizione chimica della batteria. Per esempio, “C” sta per le batterie al litio metallico (come la CR2032).
Caratteristiche del Litio come Materiale Elettrodico
Il litio è considerato un materiale elettrodico eccezionale per le batterie ad alta densità energetica grazie al suo basso potenziale elettrodico e all’alta conduttività. È un metallo morbido e malleabile, facilmente estrudibile in fogli sottili.
Classificazione delle Batterie al Litio
Le batterie al litio possono essere classificate in base al materiale del catodo e alla tensione. L’utilizzo di un catodo in disolfuro di ferro produce una batteria con una tensione nominale di 1,5 volt, come nel caso delle batterie AA ad alte prestazioni. Altre batterie al litio operano a un sistema di 3,0 volt, utilizzando catodi costituiti da solidi (diossido di manganese o monofluoruro di carbonio) o liquidi altamente tossici (diossido di zolfo o tionil cloruro).
Parametri Chiave delle Batterie al Litio
Per confrontare e comprendere le capacità di ciascuna batteria, si considerano alcuni parametri fondamentali:
Tensione della Cella: La tensione delle batterie elettriche si crea dalla differenza di potenziale dei materiali che compongono gli elettrodi positivi e negativi nella reazione elettrochimica. Per esempio, nella cella al litio-manganese diossido, la tensione è di 3V.
Tensione di Taglio: La tensione di taglio è il valore minimo consentito di tensione, che definisce generalmente lo stato di “vuoto” della batteria. Per la batteria CR2032, la tensione nominale è di 3,0 V e la tensione di taglio è di 2,0 V.
Capacità: La capacità coulometrica rappresenta il totale di Ampere-ora disponibili quando la batteria viene scaricata a una certa corrente di scarica dal 100% dello stato di carica (SOC) alla tensione di taglio. La CR2032 ha tipicamente una capacità nell’intervallo 210-230 mAh.
Velocità di Scarica (C-rate): Il C-rate esprime la velocità di scarica o di carica della batteria in relazione alla sua capacità massima, con unità h−1. Un C-rate di 1C significa che la corrente di scarica scaricherà l’intera batteria in 1 ora.
Autoscarica: Le batterie si autoscaricano gradualmente anche se non collegate e senza fornire corrente. Ciò è dovuto a reazioni chimiche “secondarie” non produttrici di corrente che avvengono all’interno della cella, anche in assenza di carico. Il tasso annuale di autoscarica della batteria CR2032 a temperatura ambiente e umidità normale è inferiore all’1% della capacità nominale.
