Batteria agli ioni di litio
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La batteria agli ioni di litio o la batteria agli ioni di litio è un tipo di batteria al litio
Tecnologie emergenti per la mobilità elettrica
Smartphone, fotocamere di bordo, droni, elettroutensili, moto elettriche, scooter... le batterie al litio sono oggi onnipresenti nella nostra vita quotidiana e hanno rivoluzionato molti usi. Ma cosa portano effettivamente e possono ancora evolversi?
storia
Fu negli anni '1970 che la batteria agli ioni di litio fu introdotta da Stanley Whittingham. Il lavoro di quest'ultimo sarà continuato da John B. Goodenough e Akiro Yoshino nel 1986. Non è stato fino al 1991 che Sony ha lanciato la prima batteria del suo genere sul mercato e ha iniziato una rivoluzione tecnologica. Nel 2019, tre co-inventori hanno ricevuto il Premio Nobel per la Chimica.
Come funziona?
Una batteria agli ioni di litio è in realtà un pacco di diverse celle agli ioni di litio che immagazzinano e restituiscono energia elettrica. Una batteria si basa su tre componenti principali: un elettrodo positivo, chiamato catodo, un elettrodo negativo, chiamato anodo, e un elettrolita, una soluzione conduttiva.
Quando la batteria è scarica, l'anodo emette elettroni attraverso l'elettrolita al catodo, che a sua volta scambia ioni positivi. Il movimento cambia durante la carica.
Pertanto, il principio di funzionamento rimane lo stesso della batteria "al piombo", tranne per il fatto che qui il piombo e l'ossido di piombo degli elettrodi sono sostituiti da un catodo di ossido di cobalto, che include un piccolo giglio e un anodo di grafite. Allo stesso modo, l'acido solforico o il bagnomaria lasciano il posto a un elettrolita di sali di litio.
L'elettrolita utilizzato oggi è in forma liquida, ma la ricerca si sta spostando verso un elettrolita solido, più sicuro e più durevole.
Vantaggi
Perché la batteria agli ioni di litio ha sostituito tutte le altre negli ultimi 20 anni?
La risposta è semplice. Questa batteria fornisce un'eccellente densità di energia e quindi fornisce le stesse prestazioni per il risparmio di peso rispetto a piombo, nichel ...
Queste batterie hanno anche un'autoscarica relativamente bassa (massimo 10% al mese), esenti da manutenzione e non hanno effetto memoria.
Infine, se sono più costose delle vecchie tecnologie delle batterie, sono più economiche dei polimeri di litio (Li-Po) e rimangono più efficienti del fosfato di litio (LiFePO4).
Limitazioni
Tuttavia, le batterie agli ioni di litio non sono l'ideale e, in particolare, hanno più danni alle celle se completamente scariche. Pertanto, affinché non perdano le loro proprietà troppo rapidamente, è meglio caricarli senza aspettare che si appiattiscano.
Innanzitutto, la batteria può comportare seri rischi per la sicurezza. Quando la batteria è sovraccaricata o scende al di sotto di -5°C, il litio si solidifica attraverso i dendriti di ciascun elettrodo. Quando l'anodo e il catodo sono collegati dai loro dendriti, la batteria può prendere fuoco ed esplodere. Molti casi sono stati segnalati con Nokia, Fujitsu-Siemens o Samsung, esplosioni si sono verificate anche sugli aerei, quindi oggi è vietato trasportare una batteria agli ioni di litio in stiva, e l'imbarco in cabina è spesso limitato in termini di potenza (vietato sopra 160 Wh e previa autorizzazione da 100 a 160 Wh).
Pertanto, per contrastare questo fenomeno, i produttori hanno implementato sistemi di controllo elettronico (BMS) in grado di misurare la temperatura della batteria, regolare la tensione e fungere da interruttori in caso di anomalia. Anche l'elettrolita solido o il gel polimerico sono prospettive esplorate per aggirare il problema.
Inoltre, per evitare il surriscaldamento, la ricarica della batteria viene rallentata nell'ultimo 20%, quindi i tempi di ricarica sono spesso pubblicizzati solo all'80% ...
Tuttavia, una batteria agli ioni di litio altamente pratica per l'uso quotidiano ha un profondo impatto sull'ambiente, prima estraendo il litio, che richiede una quantità astronomica di acqua dolce, e poi riciclandolo alla fine della sua vita. Tuttavia, il riciclaggio o il riutilizzo aumenta di anno in anno.
Qual è il futuro degli ioni di litio?
Poiché la ricerca si sposta sempre più verso tecnologie alternative meno inquinanti, più durevoli, più economiche da produrre o più sicure, la batteria agli ioni di litio ha raggiunto il suo potenziale?
La batteria agli ioni di litio, che funziona commercialmente da tre decenni, non ha avuto l'ultima parola e gli sviluppi continuano a migliorare la densità energetica, la velocità di ricarica o la sicurezza. Lo abbiamo visto negli anni, soprattutto nel campo delle due ruote a motore, dove lo scooter esisteva solo una cinquantina di chilometri 5 anni fa, alcune moto ora superano i 200 terminali di autonomia.
Le promesse di una rivoluzione sono anche legioni come l'elettrodo al carbonio Nawa, la batteria pieghevole Jenax, la temperatura di esercizio di 105°C in NGK...
Sfortunatamente, la ricerca si trova spesso di fronte alla dura realtà della redditività e degli imperativi industriali. In attesa dello sviluppo di una tecnologia alternativa, in particolare l'atteso litio-aria, il litio-ione ha ancora un brillante futuro davanti, soprattutto nel mondo delle due ruote elettriche, dove la riduzione del peso e dell'ingombro sono criteri importanti.
