Spiegazione degli 8 tipi di batterie al litio: qual è quella giusta per te?

Introduzione

Le batterie al litio sono diventate onnipresenti nella società moderna, alimentando qualsiasi cosa, dall’elettronica di consumo ai veicoli elettrici. La batteria al litio è stata commercializzata per la prima volta da Sony nel 1991, fornendo una batteria ricaricabile leggera alternativa alle tecnologie precedenti come il nichel-cadmio. Nei tre decenni successivi, la ricerca continua ha portato a importanti miglioramenti in termini di densità energetica, sicurezza, durata e velocità di ricarica.

Le batterie al litio si basano sul flusso di ioni di litio tra un elettrodo positivo (catodo) e un elettrodo negativo (anodo). Durante la scarica, gli ioni di litio fluiscono dall'anodo al catodo attraverso una soluzione elettrolitica. Questo genera una corrente elettrica che alimenta il dispositivo. Durante la carica, viene applicata una tensione esterna per invertire il flusso degli ioni di litio verso l'anodo.

Nel corso degli anni sono emerse diverse caratteristiche chimiche delle batterie al litio, ciascuna con i propri vantaggi e compromessi. Le prime batterie agli ioni di litio utilizzavano catodi di ossido di litio cobalto, mentre le varianti più moderne utilizzano catodi di nichel, manganese e alluminio. Nuove sostanze chimiche come il fosfato di litio e ferro migliorano ulteriormente la stabilità e la sicurezza. Anche le batterie al litio allo stato solido con elettroliti solidi anziché liquidi sono un'area di ricerca attiva.

L’elevata densità di energia e la natura leggera delle batterie al litio le hanno rese ideali per alimentare dispositivi di consumo e veicoli. I continui miglioramenti nella tecnologia delle batterie al litio svolgeranno un ruolo chiave nel consentire una più ampia elettrificazione dei trasporti e l’adozione delle energie rinnovabili negli anni a venire.

BSLBATT è un professionista produttore di batterie agli ioni di litio , compreso il servizio di ricerca e sviluppo e OEM da oltre 20 anni, i nostri prodotti sono qualificati con gli standard ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC. La società ha la missione di sviluppare e produrre la serie avanzata “BSLBATT” (Best Solution Lithium Battery). BSLBATT Prodotti al litio alimentare una vasta gamma di applicazioni tra cui, Soluzioni ad energia solare , microrete, accumulo di energia domestica , carrello da golf , Marino , camper , batteria industriale e altro ancora. L’azienda offre una gamma completa di servizi e prodotti di alta qualità che continuano ad aprire la strada verso un futuro più verde ed efficiente per lo stoccaggio dell’energia. Vari tipi di batterie lifepo4 per la tua selezione!

Tipi di batterie al litio primarie: batterie al litio

Batterie primarie al litio sono batterie non ricaricabili e monouso che contengono litio metallico. Hanno una densità di energia più elevata rispetto alla maggior parte degli altri tipi di batterie primarie, fornendo un maggiore accumulo di energia in rapporto al peso.

Alcune caratteristiche chiave delle batterie primarie al litio:

• Utilizzare litio metallico puro come materiale dell'anodo. Ciò fornisce una densità energetica molto elevata, ma può anche introdurre problemi di sicurezza se non adeguatamente contenuta.

• Non ricaricabile. Le batterie primarie al litio sono progettate per applicazioni monouso. Tentare di ricaricarli potrebbe causare surriscaldamento e potenziale rischio di esplosione.      

• Autoscarica più rapida rispetto ad altri tipi di batterie primarie. Perderanno gradualmente potenza anche quando non vengono utilizzati. La durata utile è in genere di 5-10 anni.      

• Più costose delle batterie usa e getta alcaline e zinco-carbone. L'elevata densità di energia li rende particolarmente adatti per dispositivi con requisiti di lunga durata della batteria.

• Richiedono circuiti di protezione per impedire il funzionamento al di fuori degli intervalli di tensione e temperatura sicuri. Le batterie al litio non protette possono essere pericolose.

• Comunemente utilizzato in orologi, calcolatrici, serrature telecomandate per auto e altri dispositivi che richiedono batterie compatte e di lunga durata. Utilizzato anche in dispositivi speciali ad alta potenza.

Le batterie primarie al litio offrono vantaggi in termini di prestazioni rispetto alle batterie usa e getta convenzionali, ma richiedono ulteriori considerazioni sulla sicurezza. Sono ideali per i dispositivi a basso consumo con requisiti di lunga durata, dove i vantaggi della leggerezza e dell'elevata densità di energia giustificano il costo più elevato.

Tipi di batterie secondarie agli ioni di litio: batterie al litio

Batterie secondarie agli ioni di litio sono ricaricabili e il tipo più comune di batteria al litio in uso oggi. Hanno un'elevata densità di energia, nessun effetto memoria e perdono solo il 5% della carica al mese quando non vengono utilizzati. Ciò li rende particolarmente adatti per l'elettronica di consumo come laptop, telefoni e tablet che richiedono ricariche frequenti.

Il catodo è costituito da ossido di litio metallico come ossido di litio cobalto e l'anodo è costituito da grafite o ossido di titanio. Durante la scarica, gli ioni di litio fluiscono dall'anodo al catodo attraverso l'elettrolita e il separatore. Durante la carica, gli ioni ritornano per reinserirsi nell'anodo.

Le batterie agli ioni di litio hanno un'elevata densità di energia ma possono degradarsi nel tempo a causa delle alte temperature o del sovraccarico. Hanno anche problemi di sicurezza se danneggiati o difettosi. Tuttavia, se utilizzati correttamente, offrono un'efficiente fonte di alimentazione ricaricabile per i dispositivi elettronici portatili. La ricerca continua mira ad aumentare ulteriormente la densità energetica e a migliorare la sicurezza e la longevità.

Tipi di batterie ai polimeri di litio: batterie al litio

Batterie ai polimeri di litio , a volte abbreviato LiPo, utilizzano un design flessibile a sacchetto che consente di sospendere l'elettrolita in un composito polimerico solido. Ciò conferisce alle batterie ai polimeri di litio un fattore di forma più leggero, sottile e malleabile rispetto alle celle rigide cilindriche o prismatiche.

L'elettrolita polimerico rende le batterie più sicure riducendo la possibilità di perdite di elettrolito. Consente inoltre ai produttori di modellare le celle in una varietà di dimensioni per adattarsi meglio all'involucro di un dispositivo. Le celle ai polimeri di litio possono essere realizzate molto sottili, spesse solo pochi millimetri. Queste dimensioni compatte li rendono adatti per piccoli dispositivi elettronici di consumo come smartphone e tablet.

Gli involucri flessibili e l'elettrolita forniscono ulteriore resistenza agli urti e alle vibrazioni rispetto alle celle rigide. Tuttavia, il materiale polimerico è ancora vulnerabile alle forature. È necessario prestare attenzione a non danneggiare le celle ai polimeri di litio per evitare cortocircuiti interni.

Le batterie ai polimeri di litio hanno generalmente una resistenza interna inferiore rispetto alle equivalenti batterie agli ioni di litio. Ciò si traduce in migliori prestazioni di scarica e nella capacità di fornire impulsi di corrente elevata. La chimica ha anche una curva di scarica più piatta rispetto agli ioni di litio, mantenendo una tensione media più elevata per una parte maggiore della sua capacità.

Nel complesso, il design della custodia delle batterie ai polimeri di litio offre vantaggi in termini di peso, dimensioni e flessibilità di forma rispetto ai tradizionali fattori di forma delle batterie. Ciò li rende una scelta popolare per dispositivi di consumo portatili, droni, modelli radiocomandati e altre applicazioni in cui sono necessarie batterie piccole e leggere.

Batterie al litio ferro fosfato Tipi di batterie al litio LiFePo4

BSLBATT Prodotti al litio alimentare una vasta gamma di applicazioni tra cui, Soluzioni ad energia solare , microrete, accumulo di energia domestica , carrello da golf , Marino , camper , batteria industriale .

Fosfato di ferro e litio (LiFePO4) utilizzano un catodo realizzato in materiale litio-ferro-fosfato. Ciò fornisce una chimica più sicura e stabile rispetto ad altre batterie agli ioni di litio.

Il vantaggio principale delle batterie al litio ferro fosfato è la loro lunga durata. Sono in grado di sopportare da centinaia a migliaia di cicli di carica/scarica. Ciò li rende particolarmente adatti per applicazioni che richiedono un ciclo di vita elevato come lo stoccaggio di energia rinnovabile e i veicoli elettrici.

LFP di BSLBATT la batteria è stata sviluppata in modo indipendente attraverso il sistema di gestione della batteria BMS, che può aumentare la durata del ciclo di vita della batteria di alimentazione 4.000 + volte e la batteria di accumulo dell'energia a 6.000-10.000 + volte.

Le batterie LiFePO4 hanno una densità energetica inferiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio, ma la loro chimica stabile garantisce un'ottima sicurezza. Sono intrinsecamente non combustibili se danneggiati o sovraccaricati. Non esiste alcun rischio di fuga termica.

Nel complesso, le batterie al litio ferro fosfato offrono un ottimo equilibrio tra sicurezza, lunga durata e buone prestazioni. La loro chimica relativamente sicura e stabile le rende una scelta popolare per molte applicazioni nonostante la loro densità energetica leggermente inferiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio. La capacità di ciclo di vita lungo è particolarmente importante per usi come i veicoli elettrici.

Tipi di batterie al litio titanato: batterie al litio

Batterie al litio titanato rappresentano un progresso rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio. Usano titanato di litio anziché grafite sull'anodo. Ciò offre alle batterie al titanato di litio alcuni vantaggi chiave:

Ricarica rapida – Il titanato di litio consente tempi di ricarica molto più rapidi rispetto alle batterie standard agli ioni di litio. Alcune batterie al titanato di litio possono caricarsi fino a oltre l'80% della capacità in 10 minuti. Ciò li rende particolarmente adatti per applicazioni che richiedono una ricarica rapida come i veicoli elettrici.

Lunga durata – L'anodo di titanato di litio è altamente stabile. Ciò consente alle batterie di gestire migliaia di cicli di carica/scarica. Le batterie al litio titanato possono generalmente durare oltre 10 volte di più rispetto alle batterie standard agli ioni di litio prima di dover essere sostituite. Alcune versioni vantano una durata di vita di 20 anni o più.

Sicurezza   – Le batterie al litio titanato sono meno soggette a problemi di instabilità termica e hanno una maggiore stabilità. Ciò offre loro un vantaggio nelle applicazioni critiche per la sicurezza come i dispositivi medici.

Prestazioni a bassa temperatura – Il materiale dell'anodo consente capacità di scarica superiori a basse temperature. Le batterie al litio titanato possono funzionare in modo efficiente anche fino a -30°C.

L’elevato costo delle batterie al titanato di litio ne ha finora limitato l’adozione. Tuttavia, con l’aumento della produzione, si prevede che i costi diventeranno più competitivi rispetto agli ioni di litio standard. La loro eccezionale durata e capacità di ciclo rendono le batterie al titanato di litio ideali per ruoli che richiedono energia affidabile a lungo termine.

Tipi di batterie al litio-zolfo

Batterie al litio-zolfo sono una nuova entusiasmante chimica delle batterie che offre una densità di energia significativamente più elevata rispetto alle batterie agli ioni di litio. Queste batterie utilizzano lo zolfo come materiale catodico, che teoricamente può immagazzinare circa 5 volte più energia in peso rispetto ai tradizionali catodi di ossido di litio cobalto utilizzati nelle batterie agli ioni di litio.

Alcuni vantaggi chiave delle batterie al litio-zolfo:

• Densità energetica teorica estremamente elevata di circa 500 Wh/kg o 2800 Wh/L. Questo è 2-5 volte superiore rispetto alle batterie agli ioni di litio.

• L'uso dello zolfo come materiale catodico è abbondante e molto più economico del cobalto o del nichel utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Ciò può ridurre significativamente i costi.

• I catodi di zolfo sono leggeri rispetto ai catodi di ossido metallico.

• Nessun rischio di fuga termica come le batterie agli ioni di litio.

• Materiali rispettosi dell'ambiente.

Tuttavia, le batterie al litio-zolfo devono ancora affrontare alcune sfide tecniche prima della commercializzazione su larga scala:      

• Ciclo di vita breve dovuto alla perdita di materiale attivo con zolfo nel corso dei cicli. Sono in corso ricerche su additivi e rivestimenti per risolvere questo problema.

• Bassa efficienza coulombiana. I complessi meccanismi di reazione portano alla perdita di zolfo attivo.

• Espansione del volume dello zolfo fino all'80% durante la scarica che porta alla degradazione meccanica del catodo. La nanostrutturazione dello zolfo aiuta a risolvere questo problema.

• Scarsa conduttività elettrica dello zolfo che richiede additivi conduttivi.

• L'anodo metallico di litio reagisce con i polisolfuri disciolti portando a una rapida diminuzione della capacità. Sono in fase di sviluppo rivestimenti protettivi sul litio metallico.

Se queste sfide potessero essere superate, le batterie al litio-zolfo potrebbero offrire una tecnologia sicura, ad alta densità di energia e a basso costo per applicazioni come i veicoli elettrici e lo stoccaggio in rete. Ma rimangono ancora una promettente chimica delle batterie che richiede ulteriori ricerche e sviluppi.

Batterie al litio a stato solido: tipi di batterie al litio

Utilizzo di batterie al litio allo stato solido un elettrolita solido invece di un elettrolita liquido o polimerico. Ciò le rende più sicure delle batterie ad elettrolita liquido poiché non vi è alcun rischio che l'elettrolito fuoriesca o prenda fuoco.

L'elettrolita solido consente inoltre una densità di energia maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio con elettrolita liquido. L'elettrolita solido occupa meno spazio nella batteria, lasciando più spazio per i materiali dell'anodo e del catodo. Alcuni prototipi di batterie allo stato solido hanno dimostrato densità di energia superiori a 500 Wh/L rispetto ai circa 250-300 Wh/L delle convenzionali batterie agli ioni di litio.

L'elettrolita solido ha anche una maggiore stabilità termica e chimica. Può resistere a temperature più elevate senza rompersi rispetto agli elettroliti liquidi. Ciò aiuta a migliorare la sicurezza della batteria e potrebbe consentire velocità di ricarica più rapide in futuro.

Le sfide principali con le batterie al litio a stato solido sono lo sviluppo di elettroliti con una conduttività degli ioni di litio sufficientemente elevata e la garanzia di un buon contatto tra l'elettrolita solido e i materiali degli elettrodi. Ma molte aziende e gruppi di ricerca stanno lavorando attivamente per commercializzare batterie al litio allo stato solido, poiché i loro vantaggi in termini di sicurezza e densità energetica le rendono molto promettenti per veicoli elettrici, elettronica di consumo e altre applicazioni.

Tipi di batterie al litio-aria

Le batterie al litio-aria rappresentano un’entusiasmante tecnologia del futuro che promette densità di energia estremamente elevate, addirittura superiori alla benzina. Usano il litio metallico come anodo e l'ossigeno dell'aria come catodo.

Durante la scarica, il litio metallico cede elettroni che si combinano con gli ioni di litio e l'ossigeno per formare perossido di litio. Questa reazione chimica rilascia energia per alimentare la batteria. Durante la carica, il processo viene invertito: il perossido di litio si scompone per rilasciare ossigeno, gli elettroni ritornano all’anodo di litio metallico e gli ioni di litio ritornano all’elettrolita.

Uno dei principali vantaggi delle batterie al litio-aria è la loro densità energetica teorica di circa 12 kWh/kg, ovvero 10 volte superiore rispetto alle batterie agli ioni di litio. Questa massiccia densità di energia è resa possibile dall'utilizzo dell'ossigeno presente nell'aria ambiente anziché dall'immagazzinamento di un materiale catodico pesante.

Tuttavia, le batterie al litio-aria devono ancora affrontare sfide tecniche significative. L'anodo di litio metallico è instabile e incline alla formazione di dendriti durante la carica. I prodotti della reazione possono ostruire i pori del catodo dell'aria, riducendo le prestazioni. Ci sono anche problemi di efficienza, ciclo di vita e sicurezza che devono essere affrontati prima che le batterie al litio-aria diventino commercialmente valide. Ma se queste sfide potessero essere superate, le batterie al litio-aria potrebbero fornire un progresso rivoluzionario nello stoccaggio dell’energia. La loro densità energetica eccezionalmente elevata li rende una prospettiva entusiasmante per i veicoli elettrici a lungo raggio e altre applicazioni che richiedono la massima energia possibile nel più piccolo pacchetto.

Conclusione

Le batterie al litio hanno rivoluzionato l’elettronica portatile e i veicoli elettrici fornendo un’elevata densità di energia in un pacchetto leggero. Man mano che la ricerca e lo sviluppo continuano, è probabile che le batterie al litio continuino a migliorare in termini di capacità, velocità di ricarica, sicurezza e costi.

Le batterie primarie al litio, sebbene non ricaricabili, garantiscono una lunga durata e un'elevata potenza per i dispositivi monouso. Le batterie secondarie ricaricabili agli ioni di litio dominano attualmente il mercato dell’elettronica di consumo e si stanno spostando verso applicazioni più ampie come i veicoli elettrici. Varianti come i polimeri di litio e il fosfato di litio-ferro offrono vantaggi in termini di flessibilità e sicurezza.

I prodotti chimici emergenti delle batterie come il litio-zolfo e il litio-aria mirano ad aumentare sostanzialmente la densità energetica rispetto agli ioni di litio. Le batterie al litio a stato solido potrebbero fornire potenza e sicurezza ancora maggiori sostituendo gli elettroliti liquidi con componenti solidi.

Nel complesso, la tecnologia delle batterie al litio ha fatto rapidi progressi negli ultimi decenni e continuerà a essere un’area di innovazione molto attiva. Possiamo aspettarci di vedere le batterie al litio alimentare sempre più aspetti della nostra moderna società tecnologica, migliorando costantemente in aree critiche come costi, sicurezza e sostenibilità ambientale. Il futuro è luminoso per queste versatili batterie ad alte prestazioni.

Se avete domande su questo argomento, non esitate a farlo contattaci .