Gli ioni di litio sono una batteria a bassa manutenzione, un vantaggio che la maggior parte delle altre sostanze chimiche non può rivendicare.La batteria non ha memoria e non ha bisogno di esercizio (scarica completa deliberata) per mantenerla in buone condizioni.L'autoscarica è meno della metà di quella dei sistemi a base di nichel e questo aiuta le applicazioni dell'indicatore del carburante.La tensione nominale della cella di 3,60 V può alimentare direttamente telefoni cellulari, tablet e fotocamere digitali, offrendo semplificazioni e riduzioni dei costi rispetto ai modelli multicella.Gli svantaggi sono la necessità di circuiti di protezione per prevenire abusi, oltre al prezzo elevato.
Tipi di batterie agli ioni di litio
La figura 1 illustra il processo.
Gli ioni di litio sono una batteria a bassa manutenzione, un vantaggio che la maggior parte delle altre sostanze chimiche non può rivendicare.La batteria non ha memoria e non ha bisogno di esercizio (scarica completa deliberata) per mantenerla in buone condizioni.L'autoscarica è meno della metà di quella dei sistemi a base di nichel e questo aiuta le applicazioni dell'indicatore del carburante.La tensione nominale della cella di 3,60 V può alimentare direttamente telefoni cellulari, tablet e fotocamere digitali, offrendo semplificazioni e riduzioni dei costi rispetto ai modelli multicella.Gli svantaggi sono la necessità di circuiti di protezione per prevenire abusi, oltre al prezzo elevato.
La batteria originale agli ioni di litio di Sony utilizzava coke come anodo (prodotto a base di carbone).Dal 1997, la maggior parte dei produttori di ioni di litio, inclusa Sony, è passata alla grafite per ottenere una curva di scarica più piatta.La grafite è una forma di carbonio che ha stabilità del ciclo a lungo termine e viene utilizzata nelle matite di piombo.È il materiale di carbonio più comune, seguito da carboni duri e morbidi.I nanotubi di carbonio non hanno ancora trovato uso commerciale negli ioni di litio poiché tendono ad aggrovigliarsi e influire sulle prestazioni.Un materiale futuro che promette di migliorare le prestazioni degli ioni di litio è il grafene.
La figura 2 illustra la curva di scarica della tensione di un moderno ione di litio con anodo di grafite e la prima versione del coke.
Sono stati provati diversi additivi, comprese le leghe a base di silicio, per migliorare le prestazioni dell'anodo di grafite.Occorrono sei atomi di carbonio (grafite) per legarsi a un singolo ione di litio;un singolo atomo di silicio può legarsi a quattro ioni di litio.Ciò significa che l'anodo di silicio potrebbe teoricamente immagazzinare oltre 10 volte l'energia della grafite, ma l'espansione dell'anodo durante la carica è un problema.Gli anodi di silicone puro non sono quindi pratici e solo il 3-5 percento di silicio viene generalmente aggiunto all'anodo di un silicio per ottenere una buona durata del ciclo.
L'uso del titanato di litio nanostrutturato come additivo anodico mostra una durata del ciclo promettente, buone capacità di carico, eccellenti prestazioni a bassa temperatura e sicurezza superiore, ma l'energia specifica è bassa e il costo è elevato.
La sperimentazione con materiale catodico e anodico consente ai produttori di rafforzare le qualità intrinseche, ma un miglioramento può comprometterne un altro.La cosiddetta “Cella Energetica” ottimizza l'energia specifica (capacità) per ottenere lunghi tempi di autonomia ma a potenza specifica inferiore;il "Power Cell" offre una potenza specifica eccezionale ma a capacità inferiore.La "cella ibrida" è un compromesso e offre un po' di entrambi.
I produttori possono ottenere un'elevata energia specifica e un basso costo in modo relativamente semplice aggiungendo nichel al posto del più costoso cobalto, ma questo rende la cella meno stabile.Mentre una start-up può concentrarsi su un'energia specifica elevata e un prezzo basso per ottenere una rapida accettazione dal mercato, la sicurezza e la durata non possono essere compromesse.I produttori rispettabili attribuiscono un'elevata integrità alla sicurezza e alla longevità.
La maggior parte delle batterie agli ioni di litio condivide un design simile costituito da un elettrodo positivo (catodo) in ossido di metallo rivestito su un collettore di corrente in alluminio, un elettrodo negativo (anodo) in carbonio/grafite rivestito su un collettore di corrente in rame, un separatore e un elettrolita a base di sale di litio in un solvente organico.Maggiori informazioni, vai su teda battery.com.
La tabella 3 riassume i vantaggi e i limiti degli ioni di litio.
Tempo di pubblicazione: 26-giu-2022