Cosa sono le batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono un tipo di batteria molto diffuso. Un importante vantaggio di queste batterie è la loro ricaricabilità. Grazie a questa caratteristica, oggi sono presenti nella maggior parte dei dispositivi di consumo che utilizzano una batteria. Si trovano in telefoni, veicoli elettrici e golf cart alimentati a batteria.

Come funzionano le batterie agli ioni di litio?

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da una o più celle agli ioni di litio. Contengono anche un circuito di protezione per evitare il sovraccarico. Le celle vengono chiamate batterie una volta installate in un involucro dotato di circuito di protezione.

Le batterie agli ioni di litio sono le stesse delle batterie al litio?

No. Una batteria al litio e una agli ioni di litio sono molto diverse. La differenza principale è che queste ultime sono ricaricabili. Un'altra differenza importante è la durata di conservazione. Una batteria al litio può durare fino a 12 anni senza essere utilizzata, mentre le batterie agli ioni di litio hanno una durata di conservazione fino a 3 anni.

Quali sono i componenti chiave delle batterie agli ioni di litio?

Le celle agli ioni di litio sono composte da quattro componenti principali:

Anodo

L'anodo consente all'elettricità di passare dalla batteria a un circuito esterno. Inoltre, immagazzina ioni di litio durante la ricarica della batteria.

Catodo

Il catodo è ciò che determina la capacità e la tensione della cella. Produce ioni di litio quando la batteria si scarica.

Elettrolita

L'elettrolita è un materiale che funge da canale per il passaggio degli ioni di litio tra il catodo e l'anodo. È composto da sali, additivi e vari solventi.

Il separatore

L'ultimo elemento di una cella agli ioni di litio è il separatore. Funge da barriera fisica per tenere separati il catodo e l'anodo.

Le batterie agli ioni di litio funzionano spostando gli ioni di litio dal catodo all'anodo e viceversa attraverso l'elettrolita. Mentre gli ioni si muovono, attivano gli elettroni liberi nell'anodo, creando una carica nel collettore di corrente positivo. Questi elettroni fluiscono attraverso il dispositivo, un telefono o un golf cart, verso il collettore negativo e di nuovo verso il catodo. Il separatore impedisce il libero flusso di elettroni all'interno della batteria, forzandoli verso i contatti.

Quando si carica una batteria agli ioni di litio, il catodo rilascia ioni di litio, che si muovono verso l'anodo. Durante la scarica, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo, generando un flusso di corrente.

Quando sono state inventate le batterie agli ioni di litio?

Le batterie agli ioni di litio furono concepite per la prima volta negli anni '70 dal chimico inglese Stanley Whittingham. Durante i suoi esperimenti, gli scienziati studiarono diverse soluzioni chimiche per realizzare una batteria in grado di ricaricarsi autonomamente. Il suo primo esperimento prevedeva l'utilizzo di bisolfuro di titanio e litio come elettrodi. Tuttavia, le batterie andavano in cortocircuito ed esplodevano.

Negli anni '80, un altro scienziato, John B. Goodenough, raccolse la sfida. Poco dopo, Akira Yoshino, un chimico giapponese, iniziò a studiare questa tecnologia. Yoshino e Goodenough dimostrarono che il litio metallico era la causa principale delle esplosioni.

Negli anni '90, la tecnologia agli ioni di litio iniziò a prendere piede, diventando rapidamente una fonte di energia popolare entro la fine del decennio. Fu la prima volta che Sony commercializzò la tecnologia. La scarsa sicurezza delle batterie al litio spinse allo sviluppo di batterie agli ioni di litio.

Sebbene le batterie al litio possano contenere una maggiore densità energetica, non sono sicure durante la carica e la scarica. D'altra parte, le batterie agli ioni di litio sono abbastanza sicure da caricare e scaricare se gli utenti rispettano le linee guida di sicurezza di base.

Qual è la migliore composizione chimica degli ioni di litio?

Esistono numerosi tipi di batterie agli ioni di litio con diverse composizioni chimiche. Quelle disponibili in commercio sono:

Titanato di litio
Ossido di alluminio, nichel, cobalto e litio
Ossido di litio, nichel, manganese e cobalto
Ossido di litio e manganese (LMO)
ossido di litio e cobalto
Litio Ferro Fosfato (LiFePO4)

Esistono numerosi tipi di composizioni chimiche per le batterie agli ioni di litio. Ognuna ha i suoi pro e contro. Tuttavia, alcune sono adatte solo a casi d'uso specifici. Pertanto, la scelta dipenderà dalle esigenze energetiche, dal budget, dalla tolleranza di sicurezza e dal caso d'uso specifico.

Tuttavia, le batterie LiFePO4 sono l'opzione più disponibile in commercio. Queste batterie contengono un elettrodo in grafite e carbonio, che funge da anodo, e fosfato come catodo. Hanno una lunga durata, fino a 10.000 cicli.

Inoltre, offrono un'ottima stabilità termica e possono gestire in sicurezza brevi picchi di domanda. Le batterie LiFePO4 sono classificate per una soglia di fuga termica fino a 275 °C, la più alta tra tutte le batterie agli ioni di litio disponibili in commercio.

Vantaggi delle batterie LiFePO4

Rispetto alle batterie al piombo e ad altre batterie al litio, le batterie al litio ferro fosfato presentano un enorme vantaggio. Si caricano e si scaricano in modo efficiente, durano più a lungo e possono essere sottoposte a cicli di carica profondi.clesenza perdere capacità. Questi vantaggi si traducono in un enorme risparmio sui costi durante il loro ciclo di vita rispetto ad altri tipi di batterie. Di seguito sono riportati i vantaggi specifici di queste batterie nei veicoli a bassa velocità e nelle apparecchiature industriali.

Batteria LiFePO4 nei veicoli a bassa velocità

I veicoli elettrici a bassa velocità (LEV) sono veicoli a quattro ruote che pesano meno di 1360 kg. Sono alimentati da batterie elettriche, il che li rende una scelta popolare per i golf cart e altri usi ricreativi.

Quando si sceglie la batteria per il proprio LEV, uno degli aspetti più importanti da considerare è la longevità. Ad esempio, i golf cart alimentati a batteria dovrebbero avere una potenza sufficiente per percorrere un campo da golf a 18 buche senza dover ricaricare.

Un altro aspetto importante da considerare è il programma di manutenzione. Una buona batteria non dovrebbe richiedere alcuna manutenzione per garantire il massimo piacere durante le vostre attività ricreative.

La batteria dovrebbe anche essere in grado di funzionare in diverse condizioni meteorologiche. Ad esempio, dovrebbe consentire di giocare a golf sia nella calura estiva che in autunno, quando le temperature scendono.

Una buona batteria dovrebbe anche essere dotata di un sistema di controllo che impedisca il surriscaldamento o il raffreddamento eccessivo, riducendone la capacità.

Uno dei marchi migliori che soddisfa tutti questi requisiti basilari ma importanti è ROYPOW. La loro linea di batterie al litio LiFePO4 è progettata per temperature comprese tra 2 °C e 59 °C. Le batterie sono dotate di un sistema di gestione integrato e sono estremamente facili da installare.

Applicazioni industriali per batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono un'opzione popolare nelle applicazioni industriali. La tecnologia chimica più comunemente utilizzata è quella delle batterie LiFePO4. Alcune delle apparecchiature più comuni che utilizzano queste batterie sono:

carrelli elevatori a corsia stretta
carrelli elevatori controbilanciati
Carrelli elevatori a 3 ruote
Carrelli elevatori a piedi
Cavalieri finali e centrali

Sono molteplici i motivi per cui le batterie agli ioni di litio stanno diventando sempre più popolari in ambito industriale. I principali sono:

Alta capacità e longevità

Le batterie agli ioni di litio hanno una densità energetica e una longevità maggiori rispetto alle batterie al piombo. Possono pesare un terzo del loro peso e fornire la stessa potenza.

Il loro ciclo di vita è un altro importante vantaggio. Per un'attività industriale, l'obiettivo è ridurre al minimo i costi ricorrenti a breve termine. Con le batterie agli ioni di litio, le batterie dei carrelli elevatori possono durare tre volte di più, con un conseguente enorme risparmio sui costi a lungo termine.

Possono anche funzionare a una profondità di scarica maggiore, fino all'80%, senza alcun impatto sulla loro capacità. Questo comporta un ulteriore vantaggio in termini di risparmio di tempo. Non è necessario interrompere l'attività a metà per sostituire le batterie, il che può comportare un risparmio di migliaia di ore-uomo su un periodo di tempo sufficientemente ampio.

Ricarica ad alta velocità

Con le batterie al piombo industriali, il tempo di ricarica normale è di circa otto ore. Ciò equivale a un intero turno di 8 ore in cui la batteria non è disponibile per l'uso. Di conseguenza, un responsabile deve tenere conto di questo tempo di inattività e acquistare batterie di riserva.

Con le batterie LiFePO4, questo non è un problema. Un buon esempio èBatterie industriali al litio LifePO4 ROYPOW, che si caricano quattro volte più velocemente delle batterie al piombo. Un altro vantaggio è la capacità di rimanere efficienti durante la scarica. Le batterie al piombo spesso subiscono un ritardo nelle prestazioni durante la scarica.

La linea di batterie industriali ROYPOW non presenta inoltre problemi di memoria, grazie a un efficiente sistema di gestione della batteria. Le batterie al piombo-acido soffrono spesso di questo problema, che può portare al mancato raggiungimento della piena capacità.

Con il tempo, causa solfatazione, che può dimezzare la loro già breve durata. Il problema si verifica spesso quando le batterie al piombo vengono conservate senza una carica completa. Le batterie al litio possono essere caricate a intervalli brevi e conservate a qualsiasi capacità superiore a zero senza problemi.

Sicurezza e maneggevolezza

Le batterie LiFePO4 presentano un enorme vantaggio in ambito industriale. Innanzitutto, hanno un'elevata stabilità termica. Possono funzionare a temperature fino a 55 °C senza subire danni. A temperature simili, le batterie al piombo-acido perderebbero fino all'80% del loro ciclo di vita.

Un altro problema è il peso delle batterie. A parità di capacità, le batterie al piombo pesano significativamente di più. Pertanto, spesso richiedono attrezzature specifiche e tempi di installazione più lunghi, il che può comportare una riduzione delle ore di lavoro.

Un altro problema è la sicurezza dei lavoratori. In generale, le batterie LiFePO4 sono più sicure delle batterie al piombo-acido. Secondo le linee guida OSHA, le batterie al piombo-acido devono essere conservate in un locale apposito dotato di apparecchiature progettate per eliminare i fumi pericolosi. Ciò comporta costi aggiuntivi e complessità nelle operazioni industriali.

Conclusione

Le batterie agli ioni di litio presentano un chiaro vantaggio in ambito industriale e per i veicoli elettrici a bassa velocità. Durano più a lungo, con conseguente risparmio economico per gli utenti. Queste batterie non richiedono inoltre alcuna manutenzione, il che è particolarmente importante in un contesto industriale in cui il risparmio sui costi è fondamentale.