Cosa sono le batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono un tipo popolare di chimica delle batterie. Uno dei principali vantaggi offerti da queste batterie è che sono ricaricabili. A causa di questa caratteristica, oggi si trovano nella maggior parte dei dispositivi consumer che utilizzano una batteria. Possono essere trovati nei telefoni, nei veicoli elettrici e nei golf cart alimentati a batteria.

Come funzionano le batterie agli ioni di litio?

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da una o più celle agli ioni di litio. Contengono inoltre un circuito protettivo per evitare il sovraccarico. Le celle vengono chiamate batterie una volta installate in un involucro con un circuito di protezione.

Le batterie agli ioni di litio sono uguali alle batterie al litio?

No. Una batteria al litio e una batteria agli ioni di litio sono molto diverse. La differenza principale è che questi ultimi sono ricaricabili. Un'altra differenza importante è la durata di conservazione. Una batteria al litio può durare fino a 12 anni inutilizzata, mentre le batterie agli ioni di litio hanno una durata fino a 3 anni.

Quali sono i componenti chiave delle batterie agli ioni di litio

Le celle agli ioni di litio hanno quattro componenti principali. Questi sono:

Anodo

L'anodo consente all'elettricità di spostarsi dalla batteria a un circuito esterno. Inoltre immagazzina gli ioni di litio durante la ricarica della batteria.

Catodo

Il catodo è ciò che determina la capacità e la tensione della cella. Produce ioni di litio quando si scarica la batteria.

Elettrolita

L'elettrolita è un materiale che funge da condotto per il movimento degli ioni di litio tra il catodo e l'anodo. È composto da sali, additivi e vari solventi.

Il separatore

L'ultimo pezzo di una cella agli ioni di litio è il separatore. Agisce come una barriera fisica per mantenere separati il catodo e l'anodo.

Le batterie agli ioni di litio funzionano spostando gli ioni di litio dal catodo all'anodo e viceversa attraverso l'elettrolita. Mentre gli ioni si muovono, attivano gli elettroni liberi nell'anodo, creando una carica nel collettore di corrente positiva. Questi elettroni fluiscono attraverso il dispositivo, un telefono o un carrello da golf, fino al collettore negativo e di nuovo nel catodo. Il libero flusso degli elettroni all'interno della batteria è impedito dal separatore, spingendoli verso i contatti.

Quando si carica una batteria agli ioni di litio, il catodo rilascerà ioni di litio che si sposteranno verso l'anodo. Durante la scarica, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo, generando un flusso di corrente.

Quando sono state inventate le batterie agli ioni di litio?

Le batterie agli ioni di litio furono concepite per la prima volta negli anni '70 dal chimico inglese Stanley Whittingham. Durante i suoi esperimenti, gli scienziati hanno studiato vari processi chimici per realizzare una batteria in grado di ricaricarsi. La sua prima prova prevedeva disolfuro di titanio e litio come elettrodi. Tuttavia, le batterie andrebbero in cortocircuito ed esploderebbero.

Negli anni '80, un altro scienziato, John B. Goodenough, raccolse la sfida. Poco dopo, Akira Yoshino, un chimico giapponese, iniziò la ricerca sulla tecnologia. Yoshino e Goodenough hanno dimostrato che il litio metallico era la causa principale delle esplosioni.

Negli anni ’90, la tecnologia agli ioni di litio ha iniziato a guadagnare terreno, diventando rapidamente una fonte di energia popolare entro la fine del decennio. Ha segnato la prima volta che la tecnologia è stata commercializzata da Sony. Questo scarso livello di sicurezza delle batterie al litio ha spinto allo sviluppo di batterie agli ioni di litio.

Sebbene le batterie al litio possano contenere una densità energetica maggiore, non sono sicure durante la carica e la scarica. D'altra parte, le batterie agli ioni di litio sono abbastanza sicure da caricare e scaricare quando gli utenti rispettano le linee guida di sicurezza di base.

Qual è la migliore chimica degli ioni di litio?

Esistono numerosi tipi di prodotti chimici per batterie agli ioni di litio. Quelli disponibili in commercio sono:

Titanato di litio
Ossido di alluminio al litio nichel cobalto
Ossido di litio nichel manganese cobalto
Ossido di litio manganese (LMO)
Ossido di litio cobalto
Litio Ferro Fosfato (LiFePO4)

Esistono numerosi tipi di prodotti chimici per le batterie agli ioni di litio. Ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi. Tuttavia, alcuni sono adatti solo a casi d’uso specifici. Pertanto, il tipo scelto dipenderà dalle esigenze di alimentazione, dal budget, dalla tolleranza di sicurezza e dal caso d'uso specifico.

Tuttavia, le batterie LiFePO4 sono l’opzione più disponibile in commercio. Queste batterie contengono un elettrodo di carbonio di grafite, che funge da anodo, e fosfato come catodo. Hanno una lunga durata fino a 10.000 cicli.

Inoltre, offrono un'ottima stabilità termica e possono gestire in sicurezza brevi picchi di domanda. Le batterie LiFePO4 sono classificate per una soglia di fuga termica fino a 510 gradi Fahrenheit, la più alta di qualsiasi tipo di batteria agli ioni di litio disponibile in commercio.

Vantaggi delle batterie LiFePO4

Rispetto alle batterie al piombo e ad altre batterie a base di litio, le batterie al litio ferro fosfato presentano un enorme vantaggio. Si caricano e scaricano in modo efficiente, durano più a lungo e possono raggiungere profonditàclesenza perdere capacità. Questi vantaggi significano che le batterie offrono enormi risparmi sui costi nel corso della loro durata rispetto ad altri tipi di batterie. Di seguito sono riportati i vantaggi specifici di queste batterie nei veicoli a bassa velocità e nelle apparecchiature industriali.

Batteria LiFePO4 nei veicoli a bassa velocità

I veicoli elettrici a bassa velocità (LEV) sono veicoli a quattro ruote che pesano meno di 3000 libbre. Sono alimentati da batterie elettriche, il che li rende una scelta popolare per i golf cart e altri usi ricreativi.

Quando scegli l'opzione batteria per il tuo LEV, una delle considerazioni più importanti è la longevità. Ad esempio, i golf cart alimentati a batteria dovrebbero avere energia sufficiente per percorrere un campo da golf a 18 buche senza dover ricaricare.

Un'altra considerazione importante è il programma di manutenzione. Una buona batteria non dovrebbe richiedere alcuna manutenzione per garantire il massimo godimento della tua attività piacevole.

La batteria dovrebbe anche essere in grado di funzionare in condizioni meteorologiche diverse. Ad esempio, dovrebbe permetterti di giocare a golf sia nella calura estiva che in autunno, quando le temperature scendono.

Una buona batteria dovrebbe anche essere dotata di un sistema di controllo che garantisca che non si surriscaldi o si raffreddi troppo, riducendone la capacità.

Uno dei migliori marchi che soddisfa tutte queste condizioni basilari ma importanti è ROYPOW. La loro linea di batterie al litio LiFePO4 è classificata per temperature comprese tra 4 ° F e 131 ° F. Le batterie sono dotate di un sistema di gestione della batteria integrato e sono estremamente facili da installare.

Applicazioni industriali per batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono un'opzione popolare nelle applicazioni industriali. La chimica più comune utilizzata sono le batterie LiFePO4. Alcune delle apparecchiature più comuni per utilizzare queste batterie sono:

Carrelli elevatori per corsie strette
Carrelli elevatori controbilanciati
Carrelli elevatori a 3 ruote
Impilatori di walkie-talkie
Cavalieri finali e centrali

Ci sono molte ragioni per cui le batterie agli ioni di litio stanno diventando sempre più popolari negli ambienti industriali. I principali sono:

Alta capacità e longevità

Le batterie agli ioni di litio hanno una densità energetica e una longevità maggiori rispetto alle batterie al piombo-acido. Possono pesare un terzo del peso e fornire la stessa resa.

Il loro ciclo di vita è un altro grande vantaggio. Per un’attività industriale, l’obiettivo è mantenere al minimo i costi ricorrenti a breve termine. Con le batterie agli ioni di litio, le batterie dei carrelli elevatori possono durare tre volte di più, portando a enormi risparmi sui costi a lungo termine.

Possono anche funzionare a una profondità di scarico maggiore, fino all'80%, senza alcun impatto sulla loro capacità. Ciò ha un altro vantaggio in termini di risparmio di tempo. Non è necessario interrompere le operazioni a metà strada per sostituire le batterie, il che può portare a un risparmio di migliaia di ore di lavoro in un periodo sufficientemente ampio.

Ricarica ad alta velocità

Con le batterie industriali al piombo, il tempo di ricarica normale è di circa otto ore. Ciò equivale a un intero turno di 8 ore in cui la batteria non è disponibile per l’uso. Di conseguenza, un manager deve tenere conto di questo tempo di inattività e acquistare batterie aggiuntive.

Con le batterie LiFePO4, questa non è una sfida. Un buon esempio è ilBatterie al litio industriali ROYPOW LifePO4, che si caricano quattro volte più velocemente delle batterie al piombo. Un altro vantaggio è la capacità di rimanere efficienti durante la scarica. Le batterie al piombo spesso subiscono un ritardo nelle prestazioni quando si scaricano.

Anche la linea di batterie industriali ROYPOW non ha problemi di memoria, grazie a un efficiente sistema di gestione della batteria. Le batterie al piombo spesso soffrono di questo problema, che può portare al mancato raggiungimento della piena capacità.

Con il tempo, provoca solfatazione, che può dimezzare la loro già breve durata. Il problema si verifica spesso quando le batterie al piombo vengono conservate senza una carica completa. Le batterie al litio possono essere caricate a brevi intervalli e conservate a qualsiasi capacità superiore allo zero senza problemi.

Sicurezza e gestione

Le batterie LiFePO4 presentano un enorme vantaggio negli ambienti industriali. Innanzitutto, hanno una grande stabilità termica. Queste batterie possono funzionare a temperature fino a 131°F senza subire alcun danno. Le batterie al piombo perderebbero fino all’80% del loro ciclo di vita a una temperatura simile.

Un altro problema è il peso delle batterie. A parità di capacità della batteria, le batterie al piombo pesano molto di più. Pertanto, spesso necessitano di attrezzature specifiche e tempi di installazione più lunghi, il che può portare a un minor numero di ore di lavoro impiegate nel lavoro.

Altro tema è la sicurezza dei lavoratori. In generale, le batterie LiFePO4 sono più sicure delle batterie al piombo. Secondo le linee guida OSHA, le batterie al piombo devono essere conservate in una stanza speciale con apparecchiature progettate per eliminare i fumi pericolosi. Ciò introduce costi e complessità aggiuntivi in un’operazione industriale.

Conclusione

Le batterie agli ioni di litio presentano un chiaro vantaggio negli ambienti industriali e per i veicoli elettrici a bassa velocità. Durano più a lungo, facendo quindi risparmiare denaro agli utenti. Inoltre, queste batterie non richiedono manutenzione, il che è particolarmente importante in un ambiente industriale in cui il risparmio sui costi è fondamentale.