Tipi di Batterie agli Ioni di Litio
Sommario in 30 secondi
Le batterie agli ioni di litio, note anche come batterie Li-ion, sono batterie secondarie (ricaricabili) composte da celle in cui gli ioni di litio si muovono dall’anodo attraverso un elettrolita al catodo durante la scarica e ritornano indietro durante la carica. Presentano numerosi vantaggi, tra cui alta tensione delle celle, alta densità energetica e assenza di effetto memoria. Sono impiegate in molti dispositivi, come computer portatili, attrezzi senza filo, alcune auto elettriche, monopattini elettrici, la maggior parte delle e-bike, power bank portatili e torce a LED. Durante la scarica, la reazione complessiva è: C6Li + CoO2 ⇄ C6 + LiCoO2.
Composizione e Caratteristiche
Il catodo è realizzato in un materiale composito (un composto intercalato di litio) e determina il nome della cella della batteria Li-ion. L’anodo è solitamente in grafite porosa litidata. L’elettrolita può essere liquido, polimerico o solido, mentre il separatore, poroso, permette il trasporto degli ioni di litio ed evita cortocircuiti e surriscaldamento. Le caratteristiche di chimica, prestazioni, costo e sicurezza variano a seconda del tipo di batteria agli ioni di litio.
Batterie agli Ioni di Litio vs Batterie al Polimero di Litio
Le batterie al polimero di litio (LiPo) sono un tipo di batteria Li-ion con un elettrolita polimerico al posto di quello liquido. Tutte le batterie LiPo utilizzano un gel polimerico ad alta conducibilità come elettrolita. La principale differenza rispetto alle batterie agli ioni di litio è l’uso di un elettrolita pol
imerico solido (SPE) come l’ossido di polietilene (PEO), il poliacrilonitrile (PAN), il polymethyl methacrylate (PMMA) o il polivinilidene fluoruro (PVdF). Le batterie LiPo offrono energie specifiche più elevate rispetto ad altre batterie al litio e sono spesso utilizzate in sistemi dove il peso è un fattore importante, come dispositivi mobili, droni e alcuni veicoli elettrici.
Tipologie di Batterie agli Ioni di Litio
Le batterie agli ioni di litio sono classificate in base al materiale del catodo. Esistono due tipi di elettrodi: intercalazione e conversione. Gli elettrodi di intercalazione funzionano come materiali ospiti dove possono intercalare gli ioni di litio, come il LiCoO2 e i suoi derivati. I materiali del catodo di conversione sono candidati chiave per la prossima generazione di batterie ricaricabili Li e Li-ion.
Batteria al Cobalto di Litio (LiCoO2)
LiCoO2 è il materiale catodico più comunemente utilizzato. Questo tipo di batteria si trova in telefoni cellulari, tablet, laptop e fotocamere. Offre capacità molto stabili, ma meno elevate rispetto a quelle basate su ossidi di nickel-cobalto-alluminio (NCA).
Batteria al Manganese di Litio (LiMn2O4)
LiMn2O4 è un materiale catodico promettente con una struttura cubica spinello. È usato in attrezzi elettrici, dispositivi medici e treni di potenza. Offre una maggiore sicurezza e stabilità termica, ma ha una vita ciclo limitata.
Batteria al Nichel Manganese Cobalto (LiNiMnCoO2) – NMC
Le batterie NMC contengono un catodo composto da una combinazione di nichel, manganese e cobalto. Sono utilizzate per attrezzi elettrici, e-bike e altri treni di potenza elettrici.
Batteria al Ferro Fosfato di Litio (LiFePO4) – LFP
Introdotta di recente, la LiFePO4 è un candidato per la produzione su larga scala di batterie agli ioni di litio, come le applicazioni per veicoli elettrici. Ha un costo inferiore e offre eccellente sicurezza e durata del ciclo. La tensione di lavoro è tra 3.0 e 3.3 V, e il ciclo di vita varia da 2.700 a oltre 10.000 cicli.
Batteria al Nichel Cobalto Alluminio (LiNiCoAlO2) – NCA
Le batterie NCA offrono alta energia specifica, lunga durata e buona potenza specifica. La loro capacità è significativamente più elevata rispetto a materiali alternativi. Tuttavia, hanno punti deboli legati alla limitata disponibilità di cobalto e nichel e al costo elevato.
Celle Cilindriche vs Prismatiche vs a Sacchetto
Le celle Li-ion sono disponibili in varie forme, generalmente divise in tre gruppi: cilindriche, piatte o a sacchetto, e prismatiche. Le celle cilindriche sono utilizzate in batterie più vecchie e hanno un metodo di produzione più rapido. Le celle a sacchetto non hanno un involucro rigido e offrono la massima densità energetica gravimetrica, rendendole popolari tra i produttori di smartphone. Le celle prismatiche, in un involucro rettangolare di alluminio o acciaio, hanno una lunga durata, ma sono meno efficienti nel raff
reddamento rispetto alle controparti cilindriche.
Altri Tipi di Batterie
Oltre alle batterie agli ioni di litio, esistono numerosi altri tipi di batterie, classificate per dimensione, formato, chimica e applicazione. Tra queste, troviamo le batterie primarie (non ricaricabili) come le batterie al litio metallico, e le batterie secondarie (ricaricabili) come le NiMH, NiCd e le batterie al piombo-acido.
Dimensioni e Formati
Le batterie vengono prodotte in diverse dimensioni e formati, tra cui AA, AAA, AAAA, C, D e batterie a bottone come CR2032 e CR2025.
Chimica
La chimica delle batterie varia ampiamente, con esempi che includono batterie alcaline, al litio metallico, a ossido d’argento, a zinco-aria per le primarie e litio-polimero, litio cobalto ossido, LiFePo4, NMC, NCA, NiMH, NiCd, al piombo-acido per le secondarie.
Applicazioni
Le batterie trovano applicazione in una vasta gamma di settori, inclusi UPS, veicoli elettrici, automobili (batterie 12V SLI), motociclette, imbarcazioni, laptop, telefoni cellulari, sistemi di stoccaggio energetico elettrochimico e batterie speciali come quelle a flusso.
Tensioni
Le tensioni delle batterie variano notevolmente a seconda del tipo e dell’uso, con valori comuni che includono 1.2V, 3V, 6V, 9V, 12V e 24V.
Concludendo, le batterie agli ioni di litio e le loro varianti offrono soluzioni versatili per un’ampia gamma di applicazioni, grazie alla loro alta densità energetica, lunga durata e varietà di formati disponibili. La continua evoluzione nella tecnologia delle batterie promette miglioramenti in termini di capacità, sicurezza e sostenibilità.
