Batteria auto agli ioni di litio

Le batterie al litio forniscono energia alle auto elettriche. Offrono una densità energetica superiore al mercato, con tassi di autoscarica minimi, e sono conformi ai severi standard di sicurezza internazionali.

Le batterie contengono due elettrodi - uno negativo e uno positivo - immersi in un liquido elettrolitico che conduce elettricità, noto come soluzione anodica e catodica. Durante la scarica gli elettroni passano dall'elettrodo negativo a quello positivo.

Sicurezza

Le batterie agli ioni di litio alimentano i nostri smartphone, i computer portatili, le auto elettriche, gli e-scooter e le biciclette, ma anche i rilevatori di fumo, i giocattoli e vari elettrodomestici e dispositivi. Purtroppo, le batterie agli ioni di litio possono causare incendi o esplosioni se danneggiate o utilizzate in modo improprio; per proteggerci è essenziale monitorare il loro utilizzo alla ricerca di segni come gonfiore, sibilo o odore strano. Se ciò si verifica, interrompere immediatamente l'uso della batteria/caricabatterie e seguire il piano di emergenza domestico per adottare le misure appropriate.

Le batterie agli ioni di litio devono sempre essere maneggiate con cura durante la carica o la scarica per evitare cortocircuiti che portano a fughe termiche e incendi, quindi è fondamentale conservarle lontano da materiali combustibili come la carta. Inoltre, è necessario evitare danni meccanici durante i lavori sul veicolo.

Nonostante l'esistenza di questi rischi, di recente sono stati compiuti progressi nella sicurezza e nella progettazione delle batterie per veicoli elettrici. Alcuni produttori hanno sviluppato batterie agli ioni di litio con un separatore poroso per evitare che l'anodo e il catodo entrino in contatto l'uno con l'altro; inoltre, utilizzano sistemi di gestione della batteria (BMS) per controllare il funzionamento della batteria e monitorarne le operazioni.

I BMS sono responsabili del mantenimento di un adeguato bilanciamento della carica delle batterie per evitare sovraccarichi o sottoscarichi, del mantenimento di temperature sicure all'interno del loro intervallo di sicurezza e della protezione da condizioni di alta pressione che possono causare esplosioni o incendi.

Oltre a queste misure di sicurezza, le batterie dei veicoli elettrici sono dotate di sensori che rilevano danni termici o meccanici per avvisare un sistema diagnostico di bordo che avvisa e invita il conducente a recarsi presso un centro di assistenza autorizzato per le riparazioni.

Il BMS e le altre caratteristiche di sicurezza sono essenziali, ma è necessario adottare ulteriori misure per prolungare la longevità della batteria del veicolo elettrico. A tal fine, è necessario effettuare controlli regolari e conservarla lontano da materiali combustibili; riporla in un luogo fresco e asciutto quando non viene utilizzata; rimuoverla dal veicolo per conservarla a lungo, quando possibile, e riciclare la batteria/il cavo di ricarica, riducendo così in modo significativo il rischio di incendio.

Durata

La tecnologia delle batterie agli ioni di litio è diventata rapidamente la soluzione di alimentazione ideale per l'elettronica di consumo e i veicoli elettrici. Le batterie ricaricabili agli ioni di litio vantano una maggiore densità di energia rispetto alle tradizionali ricaricabili al piombo o al nichel-cadmio, offrendo una maggiore potenza per confezione e aumentando significativamente l'efficienza complessiva, tipicamente cinque volte superiore per chilogrammo rispetto alle controparti al piombo.

Le batterie agli ioni di litio presentano elettrodi costituiti da composti cristallini stratificati e, durante la carica e la scarica, gli ioni di litio si muovono tra questi strati come parte del processo di carica e scarica. A differenza delle batterie al nichel-cadmio o al nichel-metallo idruro (Ni-MH), che utilizzano una soluzione elettrolitica, le batterie agli ioni di litio utilizzano il loro elettrolita naturale: un liquido ionico in cui risiedono gli elettrodi.

Le batterie agli ioni di litio utilizzano elettroliti naturali che permettono agli ioni di litio di muoversi tra il catodo e l'anodo in condizioni specifiche, rendendole sicure e affidabili. Inoltre, le batterie agli ioni di litio sono estremamente durevoli, in grado di superare oltre 2.000 cicli di carica/scarica senza subire un significativo degrado della capacità, il che significa che durano molto più a lungo delle batterie tradizionali; i veicoli Tesla hanno una garanzia di otto anni o 100.000 miglia!

Le batterie agli ioni di litio sono piccole e compatte e rappresentano una fonte di energia ideale per molti usi diversi. Dalle radio portatili alle torce di emergenza, fino alle imbarcazioni, le batterie agli ioni di litio forniscono energia quando serve e mantengono la carica per lunghi periodi.

La durata delle batterie agli ioni di litio dipende da diversi fattori, come la composizione del materiale, la struttura delle celle e i tipi di additivi utilizzati. Alcune batterie al litio contengono percentuali significative di nichel, che ne aumentano la capacità, mentre altre si affidano al cobalto o al manganese; la composizione del materiale gioca un ruolo fondamentale nelle considerazioni relative alla capacità, alla potenza, alla sicurezza, alla durata di vita e al costo: è fondamentale che i consumatori acquistino da produttori affidabili che seguano le linee guida locali e internazionali in materia di sicurezza delle batterie; inoltre, è fondamentale che le batterie siano dotate di separatori protettivi e di robusti sistemi di gestione delle batterie per ottenere le massime prestazioni e la massima efficienza in termini di costi.

Prestazioni

Le batterie agli ioni di litio per l'accumulo di energia sono diventate una delle batterie ricaricabili più diffuse oggi sul mercato, in quanto la loro struttura leggera e l'eccezionale densità di energia - fino a cinque volte quella delle batterie al piombo - le rendono opzioni molto interessanti. Hanno bassi tassi di autoscarica e una maggiore resistenza alle fluttuazioni di temperatura rispetto ad altri tipi di batterie, rendendo le batterie agli ioni di litio la scelta ideale per i veicoli elettrici, i dispositivi mobili e le applicazioni che richiedono fonti di energia potenti ma resistenti.

Le batterie agli ioni di litio utilizzano elettrodi cristallini stratificati per immagazzinare la carica elettrica. Durante la scarica, gli ioni di litio si muovono tra gli strati, riempiendo i vuoti e innescando reazioni chimiche che rilasciano l'energia immagazzinata per alimentare i dispositivi; durante la carica questo processo si inverte e rilascia nuovamente l'energia elettrica immagazzinata attraverso i dispositivi, mentre la ricarica avviene nella batteria in un ciclo continuo che può essere ripetuto migliaia di volte nel corso della sua durata.

Le batterie possono essere sottoposte a vari processi che ne causano il deterioramento delle prestazioni e della durata, tra cui i processi di ciclaggio e stoccaggio. Il degrado influisce sulle prestazioni del ciclo di vita e i fattori che vi contribuiscono sono la temperatura, lo stato di carica e la frequenza dei cicli. A temperature estreme l'impatto è ulteriormente amplificato. Inoltre, le temperature elevate possono produrre gas pericolosi che aumentano la resistenza interna o causano problemi di cortocircuito nelle batterie.

Le batterie agli ioni di litio sono progettate con ampi intervalli di temperatura operativa e caratteristiche di sicurezza che impediscono il cortocircuito interno. È necessario garantire un'adeguata ventilazione per gestire l'accumulo di calore. È inoltre necessario impiegare un buon sistema di gestione della batteria per monitorare le condizioni e la sovraccarica o la sottoscarica.

Sebbene le batterie agli ioni di litio tendano a sopravvivere alle loro controparti al piombo, richiedono comunque una manutenzione regolare per funzionare al meglio. La maggior parte delle operazioni di manutenzione della batteria sono semplici e dirette, ma sapere come eseguirle correttamente aiuterà a prolungarne la vita e a evitare danni alla batteria stessa.

Le batterie agli ioni di litio offrono un altro vantaggio: la loro velocità di ricarica riduce i tempi di ricarica e aiuta a risparmiare sui costi del carburante per gli automobilisti. Alcuni produttori di veicoli elettrici offrono reti di scambio di batterie che consentono ai consumatori di scambiare le batterie agli ioni di litio esaurite con batterie completamente cariche in soli due minuti!

Costo

Le batterie agli ioni di litio sono state create per la prima volta negli anni '90 per i dispositivi elettronici portatili e da allora sono diventate la fonte di energia preferita per numerose applicazioni mobili, dagli utensili elettrici senza fili alle auto elettriche, fino ai grandi sistemi di accumulo di energia. Le batterie agli ioni di litio offrono molti vantaggi rispetto ad altre tecnologie, tra cui l'elevata densità energetica e la capacità di resistere a ripetuti cicli di scarica/ricarica completa, oltre a presentare bassi tassi di autoscarica senza emissioni tossiche di piombo o cadmio.

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da due elettrodi, il positivo e il negativo. Un elettrolita non acquoso composto da carbonati organici come l'etilene o il carbonato di propilene è contenuto in un involucro di polipropilene per tenere lontani acqua, contaminanti o detriti; gli ioni di litio si muovono tra gli elettrodi attraverso un separatore. Una volta utilizzati, gli elettrodi positivi e negativi sono collegati da un circuito di fili esterni per condurre l'elettricità quando necessario e si ricaricano quando il loro circuito interno si ricollega al caricatore.

Il costo delle batterie agli ioni di litio è dovuto principalmente ai materiali necessari, che sono costosi da estrarre e trasportare. Altri fattori che incidono sul loro prezzo sono la capacità di produzione in ogni fase della catena del valore e la crescita della domanda di veicoli elettrici o di altre applicazioni; secondo un'analisi di Bloomberg New Energy Finance, nel 2023 si prevedeva che i pacchi batteria per i veicoli elettrici sarebbero costati circa $100 per kWh.

Le batterie agli ioni di litio per auto offrono un risparmio significativo rispetto ad altre fonti di carburante, grazie ai minori costi di produzione e manutenzione, che le rendono un'opzione interessante per gli acquirenti di auto. La loro capacità di essere ricaricate più volte senza incorrere in costi aggiuntivi ne aumenta ulteriormente l'attrattiva.

Le batterie agli ioni di litio misurano la loro densità energetica in termini di wattora per chilogrammo o volume (litri), il che consente di immagazzinare più energia rispetto alle altre batterie per auto, garantendo distanze di guida più lunghe e velocità autostradali più elevate. Inoltre, l'accelerazione da zero a 100 miglia all'ora avviene in sette secondi, il che la rende una delle batterie più veloci sul mercato!