Batterie e accumulatori Li-Ion compresa la sottocategoria

Progettazione di batterie Li-Ion

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da catodo, anodo, separatore ed elettrolita. Il catodo può essere costituito da diversi ossidi metallici, ad esempio ossido di litio cobalto (III) (LiCoO ₂ ) o ossido di litio manganese (LiMn ₂ O ₄ ). D’altra parte, l’anodo è più comunemente realizzato in grafite . Il ruolo chiave è qui svolto dal litio, i cui ioni si muovono tra gli elettrodi durante la scarica e la carica. L’elettrolita è solitamente un liquido che contiene sali di litio disciolti in una miscela di solventi organici o un solido. L’elettrolita è spesso prodotto da carbonato di vinile . Le batterie agli ioni di litio sono costituite da diverse piccole celle combinate in pacchi. Sono completamente configurabili, fornendo così la tensione desiderata.

Vantaggi e svantaggi della tecnologia agli ioni di litio

Parliamo innanzitutto dei vantaggi delle batterie agli ioni di litio.

• Elevata densità di energia: la tecnologia agli ioni di litio presenta una delle densità di energia più elevate, che consente di immagazzinare grandi quantità di energia in piccole batterie.
• Bassa autoscarica: rispetto ad altri tipi di batterie, queste hanno un tasso di autoscarica molto basso e quindi possono immagazzinare energia per lungo tempo senza un calo significativo della capacità.
• Lunga durata: le batterie agli ioni di litio hanno una lunga durata. La durata delle celle standard varia da 300 a 1000 cicli di carica, ma alcune hanno valori più elevati.
• Nessun effetto memoria: a differenza di altre tecnologie, le batterie agli ioni di litio praticamente non hanno effetto memoria. Di conseguenza, non è necessario che si scarichino completamente prima di essere ricollegati per essere ricaricati.
• Velocità di ricarica: rispetto ad altre batterie popolari, le batterie agli ioni di litio presentano una velocità di ricarica più rapida, il che rappresenta un grande vantaggio soprattutto per i dispositivi che consumano molta energia.
• Basso impatto ambientale: la tecnologia Li-Ion è molto meno dannosa per l’ambiente rispetto ad altre soluzioni come le batterie al piombo-acido o al nichel-cadmio. Innanzitutto non contengono metalli pesanti, pericolosi per l’ambiente. Inoltre, viene sprecata meno energia grazie alla maggiore efficienza e alla minore durata del processo di ricarica.

Con le caratteristiche sopra menzionate, le batterie agli ioni di litio sono prontamente utilizzate e stanno diventando sempre più comuni in numerosi dispositivi di uso quotidiano. Triste a dirsi, la tecnologia agli ioni di litio presenta anche degli svantaggi, che in qualche modo ne limitano le applicazioni. Vedi sotto per alcuni esempi.

• Prezzo elevato: il costo di produzione delle batterie agli ioni di litio è superiore a quello di altre soluzioni, il che contribuisce a un prezzo di vendita elevato.
• Problema di scarica profonda: se le batterie agli ioni di litio vengono scaricate al di sotto del livello consigliato, potrebbero danneggiarsi irreparabilmente.
• Degrado della capacità: le batterie agli ioni di litio perdono la loro capacità nel tempo, anche senza un uso intenso. Ciò riduce il tempo di funzionamento dei dispositivi che utilizzano tali batterie.
• Sicurezza d’uso: le batterie agli ioni di litio danneggiate possono esplodere o provocare un incendio. Anche temperature estremamente elevate o sovraccarico possono portare a tali eventi.

Nonostante i loro svantaggi, le batterie agli ioni di litio hanno un gran numero di applicazioni diverse.

Dove vengono utilizzate le batterie agli ioni di litio?

La tecnologia Li-Ion è oggi uno dei metodi di produzione più diffusi per le batterie. Con i loro vantaggi mostrati sopra e la loro personalizzazione, sono prontamente utilizzati in diversi tipi di dispositivi. Quindi dove troverai batterie di questo tipo?

Elettronica di consumo

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate principalmente nell’elettronica di consumo. Li troverai in smartphone, computer, televisori, laptop, cuffie wireless, orologi, fotocamere e molti altri dispositivi elettronici. Sono comunemente utilizzati nei dispositivi mobili di uso quotidiano a causa, tra l’altro, dell’elevata densità di energia, delle dimensioni ridotte e della lunga durata.

Veicoli elettrici

I veicoli elettrici e ibridi sono un popolare gruppo di macchine che utilizzano batterie agli ioni di litio. Le batterie vengono utilizzate perché sono più leggere delle tradizionali batterie al piombo-acido pur consentendo viaggi piuttosto lunghi tra una ricarica e l’altra. L’utilizzo delle batterie in veicoli all’avanguardia contribuisce a ridurre le emissioni di CO ₂ allo scarico .

Stoccaggio di energia

Sia i sistemi di accumulo di energia industriali che quelli domestici sono sempre più popolari per lo stoccaggio di energia da fonti rinnovabili come l’energia eolica o solare . Tali sistemi utilizzano batterie agli ioni di litio.

Utensili elettrici

Grazie alle loro elevate prestazioni e alla capacità di ricarica rapida, le batterie agli ioni di litio sono prontamente utilizzate nella maggior parte degli utensili elettrici wireless. Li puoi trovare in attrezzature come: smerigliatrici, trapani, segatrici e molti altri.

Dispositivi medici

Le piccole dimensioni delle batterie agli ioni di litio ne consentono l’uso in dispositivi medici specialistici. Sono utilizzati ad esempio in pacemaker, elettrocardiografi, monitor della pressione, carrelli medici e altre apparecchiature salvavita. Queste sono solo alcune delle principali applicazioni delle batterie agli ioni di litio. Li troverai anche nei sistemi utilizzati per l’approvvigionamento energetico di emergenza, così come nei droni e nei veicoli telecomandati. Vengono condotti esperimenti per il loro utilizzo nell’aviazione.