Batteria agli ioni di litio vs batteria a stato solido

Batteria agli ioni di litio vs batteria a stato solido

Le batterie agli ioni di litio e le batterie allo stato solido sono due opzioni principali per alimentare dispositivi elettronici portatili. Questi due tipi di batterie hanno vantaggi e svantaggi distinti. Ecco una panoramica di ciascuno. Se non sei sicuro di quale sia il tipo migliore, continua a leggere.

Batterie allo stato solido

Sebbene le batterie agli ioni di litio non siano nuove, la tecnologia è ancora agli inizi. Toyota, ad esempio, sta attualmente conducendo ricerche sperimentali in quest'area per rimanere competitivi nel mercato dei veicoli elettrici. Volkswagen ha anche iniziato a collaborare con piccole aziende tecnologiche per sviluppare batterie a stato solido per applicazioni automobilistiche.

Le batterie allo stato solido hanno il potenziale per semplificare la struttura interna e l'imballaggio della batteria. Ciò potrebbe abbassare i costi di produzione. I ricercatori studieranno questo potenziale utilizzo utilizzando equazioni differenziali per modellare batterie a stato solido. Per iniziare, i ricercatori esamineranno la letteratura pubblicata sui modelli di batterie. I modelli risultanti consentiranno loro di determinare le caratteristiche prestazionali della batteria a stato solido.

La batteria agli ioni di litio ha un design a doppia fase, con uno o più elettroliti solidi che separano il liquido dal solido. Questo design ha diversi vantaggi. L'uso di un elettrolita ibrido offre ulteriori vantaggi, come una migliore stabilità per periodi prolungati. Un elettrolita polimerico solido presenta anche vantaggi rispetto all'elettrolita liquido puro.

Le batterie agli ioni di litio a stato solido sono in grado di immagazzinare grandi quantità di energia, il che le rende un buon candidato per futuri dispositivi di accumulo di energia. Queste batterie hanno una maggiore densità di energia e prestazioni di sicurezza superiori. La loro più grande sfida risiede nell'interfaccia tra l'elettrolita solido e l'elettrodo. È importante capire come si forma lo strato di interfaccia e come risolvere questo problema.

Le batterie al litio

Rispetto alle batterie allo stato solido, le batterie agli ioni di litio sono leggere, resistenti e possono funzionare meglio in pacchi impilabili. Tuttavia, possono essere instabili e possono esplodere o provocare incendi se esposti a temperature elevate. Detto questo, le batterie agli ioni di litio sono l'opzione più sicura e affidabile per la mobilità elettrica.

Poiché i veicoli elettrici stanno diventando sempre più popolari, l'industria si sta concentrando sul miglioramento delle prestazioni della batteria. Mentre le batterie agli ioni di litio sono state a lungo l'opzione dominante, le nuove batterie a stato solido potrebbero presto prendere il comando nella tecnologia dei veicoli elettrici. Le batterie allo stato solido hanno una maggiore densità di energia e possono aumentare l'autonomia del veicolo dal cinquanta al cento per cento.

Le batterie agli ioni di litio contengono elettroliti liquidi, mentre le batterie allo stato solido sono composte da materiali solidi. La principale differenza tra i due tipi risiede nel modo in cui vengono immagazzinati gli elettroliti. Le batterie allo stato solido sono più stabili delle batterie agli ioni di litio e possono essere fino a 2.5 volte più potenti delle loro controparti liquide.

Le batterie allo stato solido possono essere più costose delle batterie agli ioni di litio. Sono anche noti per soffrire di cortocircuiti. Ciò è dovuto al fatto che le loro particelle di litio metallico possono accumularsi su un lato della batteria. Questo dendrite perforerà il separatore, causando un cortocircuito.

Le batterie agli ioni di litio contengono elettroliti liquidi, che possono essere volatili e infiammabili. Le batterie allo stato solido non contengono componenti liquidi, quindi presentano rischi di incendio inferiori rispetto alle batterie agli ioni di litio. Richiedono anche meno sistemi di sicurezza rispetto alle batterie agli ioni di litio. Le batterie allo stato solido offrono anche una maggiore densità di energia.

Batterie agli ioni di liquido

Le batterie agli ioni di liquido sono un'ottima scelta per i veicoli elettrici perché sono facili da riporre e scaricare. Tuttavia, hanno alcuni svantaggi. Le batterie agli ioni di litio possono sviluppare una condizione chiamata instabilità termica, che si verifica quando una singola cella della batteria inizia a riscaldarsi e fa sì che le altre celle del pacco seguano l'esempio. In definitiva, ciò provoca un incendio all'interno del pacco batteria, che può essere difficile da estinguere. Le batterie agli ioni di litio hanno anche la tendenza a perdere elettrolita, che è molto infiammabile. Di conseguenza, queste batterie devono essere caricate prima di essere utilizzate.

Anche le batterie allo stato solido hanno i loro svantaggi. Sebbene siano molto più leggere e compatte delle batterie agli ioni di litio, non sono durevoli come le batterie tradizionali. Inoltre, sono meno efficienti a temperature estreme, il che li rende meno utili per i veicoli. Inoltre, potrebbero essere più instabili e causare incendi ed esplosioni.

Le batterie allo stato solido hanno anche il vantaggio di essere più dense di energia. Hanno una densità di energia due o tre volte superiore a quella delle batterie agli ioni di litio. Ciò significa che sarebbero più piccoli e leggeri, il che potrebbe essere vantaggioso per i consumatori. Inoltre, possono fornire ai veicoli elettrici una gamma più lunga. Questo potrebbe essere un grande vantaggio per l'ambiente.

Le batterie allo stato solido offrono anche una maggiore capacità. Mentre sono ancora nella fase sperimentale, sono in grado di immagazzinare più energia rispetto alle loro controparti a ioni liquidi. Alcune case automobilistiche, tra cui Toyota e Volkswagen, stanno investendo enormi quantità di denaro nello sviluppo di batterie a stato solido per veicoli. Alcune di queste aziende stanno ora pianificando di portare questa tecnologia sul mercato di massa entro la fine del 2024.

Elettrolito in una batteria agli ioni di litio

Gli scienziati sono ancora alla ricerca della perfetta batteria agli ioni di litio. Vogliono che abbia un'alta densità di energia e sia sicuro da usare. Molte batterie attualmente in uso contengono elettroliti liquidi che possono essere infiammabili. Le batterie agli ioni di litio allo stato solido sono interamente realizzate con componenti solidi e possono essere più sicure da usare. Una nuova ricerca ha portato allo sviluppo di un nuovo elettrolita solido.

Un vantaggio delle batterie allo stato solido è la loro prestazione a bassa temperatura. Gli elettroliti liquidi non possono tollerare le alte temperature, ma gli elettroliti solidi possono. L'elettrolito solido supporta anche le operazioni di ricarica rapida senza degradarsi. Richiede anche meno materiale ed energia per essere realizzato. Le batterie allo stato solido possono essere provate solo se possono essere prodotte in serie.

Le batterie al litio a stato solido hanno un meccanismo di estrazione simile alle batterie agli ioni di litio. Gli elettrodi sono realizzati in metallo e l'elettrolita è un materiale liquido o solido. Gli ioni di litio si muovono attraverso l'elettrolita, creando un flusso elettrico.

Gli elettroliti solidi non richiedono un separatore.

Un altro inconveniente delle batterie allo stato solido è il loro costo elevato. Sebbene siano più economiche delle batterie allo stato liquido, non sono ancora prodotte in serie. L'elettrolita solido deve essere chimicamente inerte e un buon conduttore di ioni tra i due elettrodi. L'altro aspetto negativo delle batterie allo stato solido è che hanno un ciclo di vita più breve rispetto alle loro controparti allo stato liquido.

Anodo in una batteria agli ioni di litio

Si ritiene che le batterie al litio a stato solido abbiano un minor rischio di incendio e richiedano meno dispositivi di sicurezza. Hanno anche il vantaggio di poter utilizzare anodi litio-metallo per un'elevata densità di energia. Attualmente, più di cinquanta aziende stanno ricercando e sviluppando batterie a stato solido. Alcuni hanno persino indicato che stanno sviluppando tecnologie proprietarie di elettroliti a stato solido. Anche i produttori di automobili e i grandi produttori di batterie hanno investito in questa nuova tecnologia.

Uno dei principali svantaggi delle batterie allo stato solido è l'instabilità interfacciale dell'elettrodo e dell'elettrolita. Ciò porta a uno strato di interfaccia che è passivato e impedisce la diffusione di Li+ attraverso l'interfaccia elettrodo-SSE. Inoltre, i cicli ad alta tensione possono degradare l'SSE, provocandone l'ossidazione.

La grafite è stata storicamente l'anodo per le batterie agli ioni di litio, ma le società di avvio stanno ora sviluppando alternative con prestazioni migliori. Il silicio, un materiale primario comune utilizzato nelle batterie agli ioni di litio, ha una densità di energia per volume molto più elevata rispetto alla grafite.

Gli anodi metallici al litio stanno diventando disponibili anche per le batterie al litio a stato solido. Gli anodi metallici al litio possono essere prodotti con un'elevata densità di energia e una maggiore capacità.