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Batterie al Litio: ecco perchè le LiFePO4 durano più delle Li-ion

Posted in auto elettriche, scooter elettrici by jumpjack on 24 novembre 2012

Le cosiddette batterie “a ioni di litio”, indicate come “li-ion”, furono le prime a essere introdotte sul mercato nel 1991; successivamente ne furono inventati almeno altri 5 tipi (con polimeri, manganese, fosfati, e altre sostanze), che potrebbero essere tutte definite “a ioni di litio”, ma convenzione vuole che le li-ion siano solo le prime; a livello di chimica interna, le li-ion contengono cobalto, e sono quindi anche indicate con LCO (Litio-Cobalto-Ossido) in quanto basate sul composto chimico LiCoO2.

Sono batterie ormai “vetuste”, destinate ad essere sostituite dalle più sicure e più longeve litio-ferro-fosfato, chimicamente LiFePO4, abbreviato in LFP.

Perchè le LiFePO4 sono più longeve?

La spiegazione chimica sta nel metodo con cui l’elettricità viene trasformata in “energia chimica” dentro alle batterie: si tratta di un processo di intercalazione, in cui gli ioni di litio vanno a inframmezzarsi tra gli atomi degli elettrodi al momento del caricamento della batteria; quando invece la batteria viene utilizzata, gli ioni escono fuori.

Durante questo processo, gli elettrodi, accogliendo gli ioni, si gonfiano, per poi risgonfiarsi al momento della scarica. Subiscono quindi uno stress meccanico, che a lungo andare può portare alla separazione di microparticelle di elettrodi l’una dall’altra; il risultato a livello elettrico è un aumento della resistenza interna della batteria, il che comporta una minore capacità di accumulare energia.

Nelle batterie  LCO il fenomeno è più accentuato, come si vede in questo grafico, a causa della struttura bidimensionale degli elettrodi:


http://www.mpoweruk.com/life.htm<

Nelle LiFePO4, invece, la struttura tridimensionale degli elettrodi in grafite riduce questo effetto, quindi gli elettrodi si rovinano meno e le batterie durano di più. Lo svataggio è una densità gravimetrica di carica leggermente minore rispetto alle LCO (intorno a 100 Wh/kg invece che 150).

Nelle batterie sperimentali che usano silicio al posto del carbonio, l'intercalazione causa una quadruplicazione del volume degli elettrodi; se da una parte questo comporta densità di carica anche dieci volte superiori a quella delle LiFePO4, lo svantaggio è che a causa dell’esagerato rigonfiamento le batterie si rompono nel giro di pochissimi cicli. Sono allo studio elettrodi che usano silicio in forma di nanoparticelle per cercare di evitare che si distruggano.

Sul motivo per cui le LiFePO4 sono anche più sicure sto ancora indagando….

6 Risposte

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  1. leomignemi said, on 24 novembre 2012 at 20:25

    Ho sentito dire che il litio è un sostanza rara ancora più dell’oro: sarà vero ???

    Perché se così fosse, molte delle scelte etiche sulla mobilità (le mie intendo) sul rifiuto del petrolio in favore dell’elettrico se ne vanno a quel paese. Sì perché il rifiuto del petrolio, oltre alla pratica questione degli inquinanti, è dettata dal fatto che la Terra è un sistema finito che contiene risorse petrolifere finite (non illimitate). Se è vero (come è vero) che l’intera nostra società cadrebbe miseramente senza petrolio (tutto quello che abbiamo l’abbiamo grazie al petrolio, a partire dal cibo fino ad arrivare alla tastiera sulla quale sto scrivendo in questo momento) una società alternativa (sulla mobilità ma non solo) non potrà basarsi su un’altra sostanza fisicamente finita, ovvero (parole magiche e squillo di trombe) non rinnovabile…

    • jumpjack said, on 25 novembre 2012 at 10:08

      Non mi risulta che sia raro… solo che il 90% della produzione di litio è in mano ai cinesi! Quindi si potrebbe presentate uno spostamento del problema dal Medio Oriente alla Cina, dal petrolio al litio.
      Ma questo solo quando e se tutti avessero solo auto elettriche. Cosa ch non succederà prima di 50 anni. E siccome la ricerca sull’elettrico corre veloce, in 50 anni si potrebbe avere, che so, l’auto elettrica a fusione fredda🙂, o persino a fusione termonucleare!🙂🙂
      Oppure potrebbero entrare sul mercato i pannelli solari di nuova generazione, attualmente allo studio, che permetterebbero di produrre direttamente a bordo la corrente necessaria, grazie a rendimenti del 60-80% (il limite fisico di quelli al silicio è 30-35%).
      Oppure potrebbe diventare possibile lo stoccaggio di alte quantità di idrogeno per le celle a combustibile.

      Insomma, nel giro di 50 anni potrebbero succedere molte cose!🙂

  2. simone said, on 29 novembre 2012 at 13:14

    di litio al mondo ne esiste parecchio , attualmente si estrae dalla salgemma , con giacimenti particolarmente ricchi in Cina ed in Bolivia , comunque e’ possibile estrarlo anche dall’ acqua di mare , ad esempio i produttori di batterie giapponesi usano litio estratto dall’ acqua di mare. Una volta “esaurite” le batterie il litio viene riutilizzato ( le attuali batterie al litio spesso sono gia’ di seconda o terza mano , con il litio che arriva da altre batterie a fine vita). Per quanto riguarda l’uso dei pannelli solari e’ praticamente impossibile fare auto che si muovano con il sole , la radiazione solare arriva ad un massimo di 1Kw al metro quadro , una macchina di solito occupa 5 o 6 metri quadri , anche se si arrivasse a rendimendi di conversione molto elevati si puo’ solo caricare le batterie , non certo a muoversi ( a meno di non accettare velocita’ molto basse , la mia auto solare con cui ho fatto il viaggio da Milano a Dakar e’ in grado di muoversi ad 8 km/h con il solo utilizzo dei pannelli , ma per velocita’ piu’ elevate bisogna giocoforza usare la batteria http://www.ecowiki.it/r4-elettrica-e-fotovoltaica-da-milano-a-dakar.html )

  3. […] Batterie al Litio: ecco perchè le LiFePO4 durano più delle Li-ion […]

  4. Aldo said, on 13 febbraio 2016 at 2:59

    Spiegazione maccheronica !

    • jumpjack said, on 13 febbraio 2016 at 11:31

      E’ tutto quello che ho trovato…Tu hai qualche info in più?


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