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Ioni di litio

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Una batteria agli ioni di litio è un tipo di batteria ricaricabile che viene caricata e scaricata da ioni di litio in movimento tra gli elettrodi negativi (anodo) e positivi (catodo). (Generalmente, le batterie che possono essere caricate e scaricate ripetutamente sono chiamate batterie secondarie, mentre le batterie usa e getta sono chiamate batterie primarie). Poiché le batterie agli ioni di litio sono adatte a immagazzinare energia ad alta capacità, sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni, compresa l’elettronica di consumo come smartphone e PC, robot industriali, attrezzature di produzione e automobili.
Le batterie agli ioni di litio si dividono in vari tipi a seconda delle dimensioni, della forma, del materiale utilizzato per gli elettrodi positivi e negativi, e così via. La batteria industriale agli ioni di litio SCiB™ di Toshiba utilizza l’ossido di litio e titanio sull’elettrodo negativo e fornisce una lunga durata, una ricarica rapida, elevate prestazioni di potenza in ingresso/uscita, un eccellente funzionamento a bassa temperatura e un’ampia gamma effettiva di SOC.
La batteria agli ioni di litio è composta da 1) l’anodo e il catodo; 2) un separatore tra i due elettrodi; e 3) un elettrolita che riempie lo spazio rimanente della batteria. L’anodo e il catodo sono in grado di immagazzinare ioni di litio. L’energia viene immagazzinata e rilasciata quando gli ioni di litio viaggiano tra questi elettrodi attraverso l’elettrolita.

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La ricerca sulle batterie agli ioni di litio ha prodotto molte proposte di perfezionamento delle batterie agli ioni di litio. Le aree di interesse della ricerca si sono concentrate sul miglioramento della densità di energia, la sicurezza, la capacità di tasso, la durata del ciclo, la flessibilità e il costo.
L’intelligenza artificiale (AI) e l’apprendimento automatico (ML) stanno diventando popolari in molti campi, compreso l’utilizzo per la ricerca sulle batterie agli ioni di litio. Questi metodi sono stati utilizzati in tutti gli aspetti della ricerca sulle batterie, compresi i materiali, la produzione, la caratterizzazione e la prognosi/diagnosi delle batterie.[1]

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(0,90-2,43 MJ/L)Potenza specifica~250 – ~340 W/kg[1]Efficienza di carica/scarica80-90%[5]Prezzo energia/consumo6,4 Wh/US$[6]US$156/kWhTasso di autoscarica0,35%-2,5% al mese a seconda dello stato di carica[7]Durata del ciclo400-1.200 cicli
Una batteria agli ioni di litio o batteria agli ioni di litio è un tipo di batteria ricaricabile in cui gli ioni di litio si spostano dall’elettrodo negativo attraverso un elettrolita all’elettrodo positivo durante la scarica, e indietro durante la ricarica. Le batterie Li-ion usano un composto di litio intercalato come materiale per l’elettrodo positivo e tipicamente la grafite per l’elettrodo negativo.
Le batterie agli ioni di litio hanno un’alta densità di energia, nessun effetto memoria (a parte le celle LFP)[9] e una bassa autoscarica. Le celle possono essere fabbricate per dare priorità all’energia o alla densità di potenza. [10] Possono però essere un pericolo per la sicurezza in quanto contengono elettroliti infiammabili, e se danneggiate o caricate in modo errato possono portare a esplosioni e incendi. Samsung è stata costretta a richiamare i portatili Galaxy Note 7 a seguito di incendi agli ioni di litio,[11] e ci sono stati diversi incidenti che hanno coinvolto le batterie dei Boeing 787.

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In generale, i SEI tendono ad essere decomposti in primo luogo al riscaldamento, sia per la decomposizione termica diretta che per l’attacco di PF5 (prodotto di decomposizione di LiPF6) nell’intervallo di temperatura di 60~130°C (Kafle et al., 2018) a seconda dello stato di carica (SOC). Il separatore poliolefinico è la seconda materia a fallire per il suo restringimento termico o la fusione quando il calore continua ad accumularsi. La membrana trilayer in polipropilene (PP)-polietilene (PE)-PP doveva esibire una funzione di spegnimento alla fusione del PE a 135°C, che avrebbe bloccato il passaggio degli ioni mentre il PP poteva ancora agire come barriera fisica per prevenire il corto circuito (Yoo et al., 2015). La generazione di calore nel materiale anodico è anche altamente dipendente dal SOC, anche se i materiali a base di grafite o Si hanno tutti una buona stabilità termica anche esposti all’ossigeno (Dong et al., 2018), mentre gli anodi litici sono abbastanza reattivi in quanto il Li è sempre pronto a donare un elettrone. Pertanto, l’accumulo di calore nell’anodo esposto all’aria è abbastanza facile una volta che il materiale del pacchetto è stato rotto dalla sovrapressione. In questa fase, la temperatura può salire a 200°C o anche più in alto, causando così la combustione di altri componenti nella cella e l’avvio del TR.

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