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Varianti batterie al litio

Posted in auto elettriche, scooter elettrici by jumpjack on 30 settembre 2012

Partendo da questa interessante ma poco leggibile pagina ho estrapolato questo grafico riassuntivo che permette di mettere a confronto vari tipi di batterie al litio:

I valori per ogni grandezza sono normalizzati tra 1 e 4, cioè possono TUTTI avere valori solo tra 1 e 4 , pur avendo unità di misura diverse, per consentire un rapido confronto con un solo colpo d’occhio.

Sfortunatamente, a parte le LiFePO4, non è dato di sapere quali chimiche adottano i vari veicoli elettrici (e in particolare gli scooter), per i quali si dice solo genericamente “batterie al litio”; talvolta nemmeno nel manuale d’uso del mezzo (autodi marca  incluse) è indicato questo dato, forse ritenuto troppo “complesso” per il consumatore medio. In realtà a me interesserebbe parecchio sapere se sul mio mezzo sono montate batterie con un punteggio di 4/4 o di 1/4 sulla sicurezza!

Da questa tabella si evince che, per il momento, le LiFePo4 sono le più sicure e longeve, anche se non al top per le prestazioni.

Da notare che, rispetto ai dati della pagina originale, quelli sui prezzi sono stati invertiti, in modo che in questo grafico a barra più bassa corrisponda prezzo più basso; nell’originale, invece, poichè gli indici erano tutti di “positività” (grande=meglio), un alto punteggio per il prezzo è associato a una batteria economica.

Ecco invece una tabella con dati più tecnici, presa da qui:

Corner

Lithium Ion Cathode Chemistry Comparison (Used With Carbon Anodes)

Corner

Cathode Material

Typical Voltage (V)

Energy Density

Thermal Stability

Gravimeric (Wh/Kg) Volumetric (Wh/L)

Cobalt Oxide

3.7

195

560

Poor

Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA)

3.6

220

600

Fair

Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM)

3.6

205

580

Fair

Manganese Oxide (Spinel)

3.9

150

420

Good

Iron Phosphate (LFP)

3.2 90-130

333

Very Good

Interessantissima quanto rara, poi, questa pagina che analizza in dettaglio gli effetti a livello chimico di sovraccaricA, sovraccaricO, sovrascarica, surriscaldamento e iperraffreddamento.

Sovraccarica: la batteria viene caricata troppo, raggiungendo tensioni troppo alte.

Sovraccarico: viene prelevata troppa corrente istantanea dalla batteria

Sovrascarica: la batteria viene scaricata troppo, raggiungendo tensioni troppo basse.

Rimandando alla pagina stessa per i dettagli, possiamo qui riassumere dicendo che :

  • sovraccarica e iperraffreddamento possono causare la “metallizzazione del litio”, che cioè passa dalla forma ionica a quella metallica: si formano cioè filamenti di litio metallico sugli elettrodi, che possono andare in corto, e comunque si riduce la quantità di ioni liberi nell’elettrolita, e quindi la capacità della batteria. Il fenomeno è irreversibile.
  • la sovrascarica può causare la metallizzazione del rame nelle chimiche che lo contengono, con possibili cortocircuiti, e riduzione permanente e irreversibile della capacità della batteria nelle chimiche che non contengono rame.
  • il sovraccarico causa surriscaldamento, che può portare a sovrappressione, perforazione delle batterie e fuoriuscita di gas infiammabili.

Per tutti questi motivi, le batterie al litio, al contrario delle vecchie tecnologie NiCd/NiMH a bassa energia, richiedono sofisticati circuiti di controllo che ne garantiscano la sicurezza.

Questo ulteriore grafico indica che le LiFePO4 sono intrinsicamente più sicure, a prescindere dalla circuiteria di controllo, perchè la “deriva termica” (thermal runaway), che potremmo in modo semplice definire “fusione” della batteria, può avvenire solo ad alte temperature (300° anzichè 150°)  e con rilascio di energia molto inferiore rispetto alle altre chimiche, motivo per cui attualmente le LiFePO4 sono le batterie al Litio più sicure:

Quest’altro grafico mostra l’importanza di mantenere le batterie all’interno di un certo range di temperature per garantirne una vita più lunga; soprattutto per le automobili, dove sono in gioco correnti maggiori e quindi potenzialmente riscaldamenti maggiori, è quindi importante la presenza di un sistema di raffreddamento, per evitare che i cicli di vita possibili siano 500 invece che 1000:

Per quanto riguarda la famigerata incendiabilità delle batterie al litio:

– non è dovuta al fatto che il litio stesso si incendia a contatto con l’acqua o l’umidità, perchè non c’è liito metallico puro nelle batterie, ma solo sostanze che contengono litio in forma ionica, non infiammabile

– gli incendi di batterie al litio di cui si sente talvolta parlare sono causati perlopiù da uso improprio: cortocircuito involontario dei terminali della batteria, o utilizzo in ambienti surriscaldati. Per questo motivo sulle auto elettiche le batterie, al contrario di quanto in genere accade nei dispositivi elettronici portatili,  sono dotate di protezione da corto circuito e di sistemi di raffreddamento. E’ quindi più “facile” che prenda fuoco un cellulare che non un’automobile.

2 Risposte

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  1. simone said, on 30 settembre 2012 at 16:35

    altre informazioni ancora piu’ aggiornate ci sono sulla pagina Wiki http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery

  2. […] Varianti batterie al litio […]


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