Batterie agli ioni di litio sono intorno a noi, mantenendo i nostri gadget e le nostre auto in funzione. Sono come i piccoli motori che alimentano il nostro mondo. Ma cosa c’è dentro e cosa li fa funzionare? Diamo un'occhiata.
Cos'è una batteria agli ioni di litio?
Le batterie agli ioni di litio sono come piccole fabbriche di energia. Usano gli ioni di litio per generare elettricità.
Immagina questi ioni come messaggeri che trasportano energia tra due parti della batteria. All'interno, un separatore garantisce che gli ioni di litio possano muoversi tra i lati bloccando gli elettroni.
Durante la carica, gli ioni viaggiano dal lato positivo a quello negativo, immagazzinando energia. Durante la scarica, gli ioni ritornano al lato positivo, fornendo energia. Questo movimento avanti e indietro degli ioni di litio crea tensione, che spinge gli elettroni attraverso il dispositivo collegato, alimentandolo.
Batteria agli ioni di litio vs. Cella agli ioni di litio
Parliamo della differenza tra una batteria agli ioni di litio e una cella agli ioni di litio.
Una batteria agli ioni di litio è come una squadra di corridori, dove ogni cella agli ioni di litio è uno di quei corridori. La squadra ha bisogno che tutti i corridori lavorino insieme per essere forte.
Ognuna di queste celle ha la propria tensione. Ad esempio, la tensione di una cella al litio ferro fosfato varia da 3,2 a 3,8 volt. Per alimentare dispositivi più grandi, possiamo combinare più celle per creare una batteria a voltaggio più elevato, come 12, 24 o 48 volt. Allineamento delle cellule in serie aggiunge le loro tensioni.
Le celle possono anche essere collegate in parallelo. Questo combina la loro capacità, quindi due celle parallele durano circa il doppio di una.
Cosa c'è dentro una batteria agli ioni di litio?
Una batteria al litio contiene più celle agli ioni di litio collegate in serie e in parallelo, insieme a cavi di collegamento e a sistema di gestione della batteria (BMS).
Il BMS monitora lo stato e la temperatura della batteria. Inoltre, può bilanciare l’energia in tutte le celle durante ogni carica completa per massimizzare la durata e le prestazioni della batteria.
Cosa c'è dentro una cella agli ioni di litio?
L'interno della singola cella agli ioni di litio è abbastanza semplice. Comprende quattro componenti chiave: l'anodo, il catodo, un elettrolita e un separatore. Questi componenti lavorano insieme senza soluzione di continuità per immagazzinare e rilasciare energia secondo necessità.
Anodo e catodo
Al centro di una cella agli ioni di litio ci sono i due elettrodi – l'anodo e il catodo. Questi svolgono un ruolo cruciale nelle capacità di accumulo e rilascio dell’energia della batteria.
L'elettrodo negativo, noto come anodo, è generalmente realizzato in grafite. Durante il processo di carica, gli ioni di litio migrano dal catodo, attraverso il separatore, e vengono immagazzinati nell'anodo. Quando la batteria è in uso e si sta scaricando, gli ioni di litio rifluiscono dall'anodo al catodo.
D'altro canto, l'elettrodo positivo, o catodo, è spesso composto da ossidi metallici a base di litio. I materiali catodici comuni includono ossido di litio cobalto (LCO), litio ferro fosfato (LFP) e ossido di litio manganese (LMO). Ognuna di queste sostanze chimiche offre vantaggi unici in termini di densità energetica, sicurezza e durata del ciclo.
Ad esempio, le celle basate su LCO tendono ad avere densità di energia più elevate, rendendole una scelta popolare per smartphone e laptop. Le celle LFP, d’altro canto, sono note per la loro sicurezza superiore e la lunga durata, che le rendono un’opzione preferita per i veicoli elettrici. Le celle LMO raggiungono un equilibrio tra densità energetica ed efficienza dei costi.
Elettrolita
L'elettrolita facilita il flusso degli ioni di litio tra anodo e catodo durante la carica e la scarica.
IL elettrolita più comune utilizzato in una cella agli ioni di litio è un sale di litio, tipicamente esafluorofosfato di litio (LiPF6), disciolto in un solvente organico. Questo sale di litio fornisce il mezzo necessario affinché gli ioni di litio possano muoversi liberamente tra i due elettrodi.
Durante la carica, gli ioni di litio vengono estratti dal catodo e migrano attraverso l'elettrolita per essere immagazzinati nell'anodo. Quando la batteria è in uso e si scarica, il processo è invertito, con gli ioni di litio che rifluiscono dall'anodo al catodo, generando la corrente elettrica necessaria.
Separatore
Il separatore si trova tra l'anodo e il catodo. Questo materiale sottile consente il passaggio degli ioni di litio ma interrompe la conduzione elettrica, costringendo gli elettroni a fluire attraverso il dispositivo.
Il separatore svolge anche un ruolo di sicurezza – se si surriscalda, i suoi pori si chiudono, arrestando il trasporto degli ioni di litio e spegnendo la cella della batteria per evitare danni o incendi.
Conclusione
Una batteria agli ioni di litio sembra semplice dall'esterno, ma approfondendo scoprirai molti componenti diversi.
Articoli Correlati:
