Un po di teoria
Le batterie sono costituite da un anodo, un catodo, uno o più separatori, elettrolita e due poli (collettori positivo e negativo).
L’anodo ed il catodo contengono il litio. L’elettrolita favorisce il trasporto degli ioni di litio con carica positiva dall’anodo al catodo e viceversa attraverso il separatore. Lo spostamento degli ioni di litio genera una carica di elettroni liberi con carica positiva verso il collettore positivo che servirà per alimentare il dispositivo collegato per poi giungere nuovamente alla batteria attraverso il collettore negativo. Il separatore blocca il flusso di elettroni all’interno della batteria.
Nel processo di carica della batteria il flusso di elettroni in senso opposto attraversa il catodo per poi giungere all’anodo.
Quali sono i vantaggi delle batterie agli ioni di litio?
Nella comparazione con altre batterie ricaricabili (nickel-cadmio ad esempio), le batterie agli ioni di litio hanno numerosi vantaggi.
Innanzitutto la densità di energia immagazzinabile è superiore a qualsiasi altra batteria attualmente in commercio (100-265 Wh/kg o 250-670 Wh/L).
Inoltre, ogni cella agli ioni di litio può generare fino a 3.6 Volts, circa 3 volte più alta delle tecnologie Ni-Cd o Ni-MH. Questo significa che possono generare più facilmente correnti per applicazioni ad alta potenza.
Altro vantaggio significativo è il fatto che le batterie agli ioni di litio non necessitano di particolare manutenzione e non richiedono cicli periodici per il mantenimento della loro capacità. Queste batterie non soffrono del cosiddetto effetto memoria, quel processo che affligge altre tipologie di batterie e fa si che cicli di carica/scarica parziali possano far “credere” alla batteria di avere una capacità complessiva nettamente inferiore a quella reale.
Ultimo ma non per importanza, le batterie Li-Ion hanno una bassa percentuale di auto-scarica (1.5-2% al mese).
Quali sono gli svantaggi delle batterie agli ioni di litio?
Nonostante i loro numerosi pregi, le batterie agli ioni di litio hanno anche alcuni svantaggi da tenere assolutamente in considerazione. Il primo fra tutti è quello legato alla sicurezza.
Queste batterie tendono a surriscaldarsi eccessivamente fino ai casi peggiori in cui viene generata l’auto combustione. Per questo motivo, le compagnie aeree e molti corrieri rifiutano o limitano entro certe dimensioni il trasporto di batterie Li-Ion.
Altra caratteristica negativa delle batterie Li-ion è che soffrono di un processo di invecchiamento perdendo gradualmente capacità fino al completo fallimento del processo di ricarica dopo un certo numero di anni.
Il costo è senza dubbio una delle note dolenti per queste batterie, 40% più costose delle batterie al nickel cadmio ad esempio.
Quali sono i più comuni formati in commercio per celle Li-Ion?
Esistono attualmente 3 formati principali: le cosiddette prismatiche (a forma di parallelepipedo), quelle piatte o a custodia (Pouch Li-Ion) ed infine quelle cilindriche. Qui di seguito una tabella riassuntiva dei vantaggi e svantaggi per ognuna delle tipologie.
Formato | Vantaggi | Svantaggi |
Cilindriche | Si prestano facilmente alla produzione automatizzata. Gestione del raffreddamento facilitata (lo spazio fra le celle favorisce il raffreddamento). Maggior stabilità meccanica grazie alla forma cilindrica che distribuisce uniformemente la pressione interna. | Bassa densità all’interno della cella dovuta alla forma cilindrica che non permette l’intero utilizzo dell spazio. L’assemblaggio di batterie ad alta capacità con l’impiego di numerose celle richiede un uso eccessivo di supporti e contatti, aumentanto il peso e la complessità. |
Pouch | Peso ridotto rispetto a tutte le altre tipologie di batterie. La forma flessibile delle celle permette l’integrazione anche in spazi ridotti. | Necessita di protezione da danni esterni quali impatto e punture. Non adatte per l’uso in prodotti industriali e macchinari. |
Prismatiche | Optimal utilization of pack and battery compartment space. Cells are not subject to swelling. Sfruttamento degli spazi ottimale. Capacità più elevata e KWh superiori alle altre celle. Peso inferiore a batterie composte da celle cilindriche. | Maggior stress per le parti interne quali elettrodi e separatore che si trovano alle estremità del contenitore. Il costo di produzione di queste celle è superiore a quelle cilindriche. |
Le celle Li-Ion cilindriche
Senza dubbio le più comuni e più ampiamente utilizzate celle nei dispositivi per la piccola mobilità elettrica quali e-bikes e monopattini.
Le più comuni tra esse sono quelle identificate con le sigle 18650, 21700, 26650.
Significato delle sigle
Le prime due cifre indicano il diametro della cella, le seconde indicano invece la lunghezza della stessa in millimetri. Pertanto una batteria di tipo 18650 avrà diametro pari a 18 mm e lunghezza di 65 mm.
Approfondimenti
Batterie al litio: come sono realizzate le batterie ad alta capacità e tensione
