Cos'è la tecnologia delle batterie al litio?

Le batterie al litio si distinguono dalle altre composizioni chimiche delle batterie per la loro elevata densità energetica e il basso costo per ciclo.Tuttavia, "batteria al litio" è un termine ambiguo.Ci sono circa sei chimiche comuni delle batterie al litio, tutte con i loro vantaggi e svantaggi unici.Per le applicazioni di energia rinnovabile, la chimica predominante è Litio ferro fosfato (LiFePO4) .Questa chimica ha un'eccellente sicurezza, con grande stabilità termica, valori di corrente elevati, lunga durata del ciclo e tolleranza agli abusi.

Litio ferro fosfato (LiFePO4) è una chimica del litio estremamente stabile rispetto a quasi tutte le altre sostanze chimiche del litio.La batteria è assemblata con un materiale catodico naturalmente sicuro (fosfato di ferro).Rispetto ad altre sostanze chimiche al litio, il fosfato di ferro promuove un forte legame molecolare, che resiste a condizioni di carica estreme, prolunga la durata del ciclo e mantiene l'integrità chimica per molti cicli.Questo è ciò che conferisce a queste batterie la loro grande stabilità termica, il lungo ciclo di vita e la tolleranza agli abusi. Batterie LiFePO4 non sono soggetti a surriscaldamento, né sono soggetti a "fuga termica" e quindi non si surriscaldano o si accendono se sottoposti a rigorose manipolazioni o condizioni ambientali difficili.

A differenza del piombo-acido allagato e di altre sostanze chimiche delle batterie, le batterie al litio non emettono gas pericolosi come idrogeno e ossigeno.Inoltre, non c'è pericolo di esposizione a elettroliti caustici come acido solforico o idrossido di potassio.Nella maggior parte dei casi, queste batterie possono essere conservate in aree ristrette senza il rischio di esplosione e un sistema progettato correttamente non dovrebbe richiedere un raffreddamento attivo o uno sfiato.

Le batterie al litio sono un insieme composto da molte celle, come le batterie al piombo e molti altri tipi di batterie.Le batterie al piombo-acido hanno una tensione nominale di 2 V/cella, mentre le celle delle batterie al litio hanno una tensione nominale di 3,2 V.Pertanto, per ottenere una batteria da 12 V in genere avrai quattro celle collegate in serie.Questo renderà la tensione nominale di a LiFePO4 12,8V .Otto celle collegate in serie formano a Batteria 24V con una tensione nominale di 25,6V e sedici celle collegate in serie fanno a Batteria 48V con una tensione nominale di 51,2V.Queste tensioni funzionano molto bene con il tuo tipico Inverter 12V, 24V e 48V .

Le batterie al litio vengono spesso utilizzate per sostituire direttamente le batterie al piombo perché hanno tensioni di carica molto simili.Un quattro celle Batteria LiFePO4 (12,8 V), avrà in genere una tensione di carica massima compresa tra 14,4 e 14,6 V (a seconda delle raccomandazioni del produttore).La particolarità di una batteria al litio è che non necessita di una carica di assorbimento o di essere mantenuta in uno stato di tensione costante per periodi di tempo significativi.Tipicamente, quando la batteria raggiunge la massima tensione di carica non ha più bisogno di essere caricata.Anche le caratteristiche di scarica delle batterie LiFePO4 sono uniche.Durante la scarica, le batterie al litio manterranno una tensione molto più elevata rispetto alle batterie al piombo-acido normalmente sotto carico.Non è raro che una batteria al litio scenda solo di pochi decimi di volt da una carica completa a una scarica del 75%.Ciò può rendere difficile stabilire quanta capacità è stata utilizzata senza l'apparecchiatura di monitoraggio della batteria.

Un vantaggio significativo delle batterie al litio rispetto alle batterie al piombo è che non soffrono di cicli di deficit.In sostanza, questo è quando le batterie non possono essere caricate completamente prima di essere scaricate nuovamente il giorno successivo.Questo è un grosso problema con le batterie al piombo e può favorire un significativo degrado della piastra se ripetutamente ciclato in questo modo.Le batterie LiFePO4 non devono essere ricaricate completamente regolarmente.Infatti, è possibile migliorare leggermente l'aspettativa di vita complessiva con una leggera carica parziale invece di una carica completa.

L'efficienza è un fattore molto importante nella progettazione di sistemi elettrici solari.L'efficienza di andata e ritorno (da pieno a morto e di nuovo a pieno) della batteria al piombo media è di circa l'80%.Altre sostanze chimiche possono essere anche peggiori.L'efficienza energetica di andata e ritorno di una batteria al litio ferro fosfato è superiore al 95-98%.Questo da solo è un miglioramento significativo per i sistemi affamati di energia solare durante l'inverno, il risparmio di carburante derivante dalla ricarica del generatore può essere enorme.Lo stadio di carica ad assorbimento delle batterie al piombo è particolarmente inefficiente, con conseguenti efficienze del 50% o anche inferiori.Considerando che le batterie al litio non assorbono la carica, il tempo di ricarica da completamente scarica a completamente pieno può essere di appena due ore.È anche importante notare che una batteria al litio può subire una scarica quasi completa come valutato senza effetti negativi significativi.Tuttavia, è importante assicurarsi che le singole celle non si scarichino eccessivamente.Questo è il lavoro dell'integrato Sistema di gestione della batteria (BMS) .

La sicurezza e l'affidabilità delle batterie al litio sono una grande preoccupazione, quindi tutti i gruppi dovrebbero avere un integrato Sistema di gestione della batteria (BMS) .Il BMS è un sistema che monitora, valuta, bilancia e protegge le cellule dall'operare al di fuori della "Safe Operating Area".Il BMS è un componente di sicurezza essenziale di un sistema di batterie al litio, che monitora e protegge le celle all'interno della batteria da sovracorrente, sotto/sovratensione, sotto/sovratemperatura e altro ancora.Una cella LiFePO4 sarà danneggiata in modo permanente se la tensione della cella scende mai al di sotto di 2,5 V, sarà anche danneggiata in modo permanente se la tensione della cella aumenta a più di 4,2 V.Il BMS monitora ogni cella e previene danni alle celle in caso di sotto/sovratensione.

Un'altra responsabilità essenziale del BMS è quella di bilanciare il pacco durante la ricarica, garantendo a tutte le celle una carica completa senza sovraccaricare.Le celle di una batteria LiFePO4 non si bilanciano automaticamente alla fine del ciclo di carica.Ci sono lievi variazioni nell'impedenza attraverso le celle e quindi nessuna cella è identica al 100%.Pertanto, durante il ciclo, alcune celle verranno caricate o scaricate completamente prima di altre.La varianza tra le celle aumenterà significativamente nel tempo se le celle non sono bilanciate.

In batterie al piombo , la corrente continuerà a fluire anche quando una o più celle sono completamente cariche.Questo è il risultato di l'elettrolisi che avviene all'interno della batteria, l'acqua che si scinde in idrogeno e ossigeno.Questa corrente aiuta a caricare completamente le altre celle, bilanciando così naturalmente la carica su tutte le celle.Tuttavia, una cella al litio completamente carica avrà una resistenza molto elevata e fluirà pochissima corrente.Le celle in ritardo non saranno quindi completamente cariche.Durante il bilanciamento, il BMS applicherà un piccolo carico alle celle completamente cariche, impedendole di sovraccaricarsi e consentendo alle altre celle di recuperare.

Le batterie al litio offrono molti vantaggi rispetto ad altri tipi di batteria.Sono una soluzione di batteria sicura e affidabile, senza timore di fuga termica e/o fusione catastrofica, che è una possibilità significativa rispetto ad altri tipi di batterie al litio.Queste batterie offrono un ciclo di vita estremamente lungo, con alcuni produttori che garantiscono anche batterie fino a 10.000 cicli.Con velocità di scarica e ricarica elevate superiori a C/2 continue e un'efficienza di andata e ritorno fino al 98%, non c'è da meravigliarsi che queste batterie stiano guadagnando terreno nel settore. Litio ferro fosfato (LiFePO4) è un perfetto soluzione di accumulo di energia .