Vantaggi e limitazioni delle batterie al litio

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quali sono le loro caratteristiche migliori e quali invece i loro punti deboli

Per molti anni, quella al nichel-cadmio era stata l'unica batteria adatta per apparecchiature portatili dalle comunicazioni wireless al mobile computing. Nichel-metallo-idruro e ioni di litio sono emersi nei primi anni '90, facendosi largo per ottenere l'accettazione da parte del cliente. Oggi, lo ione di litio è la chimica della batteria in più rapida crescita e promettente.

La batteria agli ioni di litio

Il lavoro pionieristico con la batteria al litio iniziò nel 1912 sotto G.N. Lewis, ma non è stato fino ai primi anni '70, quando le prime batterie al litio non ricaricabili sono diventate disponibili in commercio. il litio è il più leggero di tutti i metalli, ha il più grande potenziale elettrochimico e fornisce la maggiore densità di energia per il peso. 

Tentativi di sviluppo di batterie al litio ricaricabili falliti a causa di problemi di sicurezza. A causa dell'instabilità intrinseca del litio metallico, specialmente durante la carica, la ricerca si è spostata su una batteria al litio non metallica che utilizza ioni di litio. Sebbene leggermente inferiore nella densità energetica rispetto al litio metallico, gli ioni di litio sono sicuri, a condizione che vengano rispettate alcune precauzioni durante la carica e la scarica. Nel 1991, la Sony Corporation commercializzò la prima batteria agli ioni di litio. Altri produttori hanno seguito l'esempio. 

La densità di energia dello ione litio è tipicamente doppia rispetto a quella del nichel-cadmio standard. Esiste il potenziale per densità di energia più elevate. Le caratteristiche di carico sono ragionevolmente buone e si comportano in modo simile al nichel-cadmio in termini di scarica. L'elevata tensione delle celle di 3,6 volt consente la progettazione di batterie con una sola cella. La maggior parte dei telefoni cellulari di oggi funzionano su una singola cella. Un pacchetto a base di nichel richiederebbe tre celle da 1,2 volt collegate in serie. 

Gli ioni di litio sono batterie a bassa manutenzione, un vantaggio che la maggior parte degli altri chimici non può rivendicare. Non c'è memoria e non è necessario alcun ciclo programmato per prolungare la durata della batteria. Inoltre, l'autoscarica è meno della metà rispetto al nichel-cadmio, il che rende gli ioni di litio adatti per le moderne applicazioni. Le celle agli ioni di litio causano poco danno quando vengono smaltite. 

Nonostante i suoi vantaggi generali, gli ioni di litio ha i suoi svantaggi. È fragile e richiede un circuito di protezione per mantenere un funzionamento sicuro. Integrato in ogni batteria, il circuito di protezione limita la tensione di picco di ogni cella durante la carica e impedisce che la tensione della cella scenda troppo bassa durante la scarica. Inoltre, la temperatura della cella viene monitorata per prevenire temperature estreme. La massima corrente di carica e scarica sulla maggior parte dei pacchetti è limitata tra 1 ° C e 2 ° C. Con queste precauzioni in atto, la possibilità che si verifichi la placcatura di litio metallico a causa di un sovraccarico viene praticamente eliminata. 

L'invecchiamento è una problema per la maggior parte delle batterie agli ioni di litio e molti produttori non parlano di ciò. Un certo deterioramento della capacità è evidente dopo un anno, indipendentemente dal fatto che la batteria sia in uso o meno. La batteria si guasta spesso dopo due o tre anni. Va notato che anche altri prodotti chimici hanno effetti degenerativi legati all'età. Ciò è particolarmente vero per l'idruro di nichel-metallo se esposto a temperature ambiente elevate. Allo stesso tempo, è noto che i pacchi di ioni di litio hanno funzionato per cinque anni in alcune applicazioni. 

I produttori migliorano costantemente gli ioni di litio. Ogni sei mesi circa vengono introdotte combinazioni chimiche nuove e potenziate. Con progressi così rapidi, è difficile valutare la durata della batteria revisionata. 

La conservazione in luogo fresco rallenta il processo di invecchiamento degli ioni di litio (e di altri prodotti chimici). I produttori raccomandano temperature di conservazione di 15 ° C (59 ° F). Inoltre, la batteria deve essere parzialmente caricata durante la conservazione. Il produttore raccomanda una carica del 40%. 

Vantaggi della batteria agli ioni di litio

  • Alta densità di energia - potenziale per capacità ancora più elevate.
  • Non necessita di innesco prolungato quando è nuovo. È sufficiente una carica normale.
  • Autoscarica relativamente bassa: l'autoscarica è meno della metà delle batterie a base di nichel.
  • Bassa manutenzione: non è necessaria alcuna scarica periodica; non c'è memoria.
  • Le celle speciali possono fornire corrente molto elevata ad applicazioni come utensili elettrici.

Limitazioni

  • Richiede un circuito di protezione per mantenere la tensione e la corrente entro limiti di sicurezza.
  • Soggetto all'invecchiamento, anche se non in uso, la conservazione in luogo fresco al 40% di carica riduce l'effetto dell'invecchiamento.
  • Restrizioni al trasporto: la spedizione di quantità maggiori può essere soggetta a controllo regolamentare. Questa restrizione non si applica alle batterie per il trasporto personale.
  • Costoso da produrre - circa il 40% in più di costo rispetto al nichel-cadmio.

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