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Batterie agli ioni di litio
Il principio di funzionamento di qualsiasi batteria elettrica è l'accumulo di energia elettrica durante la reazione chimica che si verifica quando la corrente elettrica di carica scorre attraverso la batteria e la generazione di energia elettrica quando la corrente di scarica scorre durante la reazione chimica inversa.
La reversibilità della reazione chimica nella batteria consente di scaricare e caricare ripetutamente la batteria. Questo è il vantaggio delle batterie rispetto alle fonti di corrente usa e getta, batterie ordinarie, in cui è possibile solo la corrente di scarica.
Come mezzo per il trasferimento di carica da un elettrodo batteria a un altro, viene utilizzato un elettrolita: una soluzione speciale, a causa della reazione chimica di cui con il materiale sugli elettrodi, sono possibili reazioni chimiche dirette e inverse nella batteria, che consente di caricare la batteria e il suo rango.
Oggi è uno dei tipi più promettenti di batterie batteria agli ioni di litio. In queste batterie, l'alluminio funge da elettrodo negativo (catodo) e il rame come elettrodo positivo (anodo). Gli elettrodi possono avere una forma diversa, di norma, è una lamina sotto forma di un cilindro o un pacchetto oblungo.
Applicare su un foglio di alluminio materiale catodico, che molto spesso può essere uno dei tre: litio cobalto LiCoO2, litio ferrofosfato LiFePO4 o litio manganese spinello LiMn2O4 e grafite viene applicata su una lamina di rame. Il litio ferrofosfato LiFePO4 è l'unico materiale catodico attualmente sicuro in termini di rischio di esplosione e rispetto dell'ambiente in generale.
Gli elettroliti polimerici che possono incorporare sali di litio nella loro composizione, grazie alla loro plasticità, consentono di produrre batterie agli ioni di litio con una grande superficie interna e quasi qualsiasi forma, e questo aumenta significativamente sia la producibilità della produzione che le dimensioni complessive.
Nel processo di carica di una tale batteria, gli ioni di litio si muovono attraverso l'elettrolita e sono incorporati nel reticolo cristallino della grafite sull'anodo, formando composto di litio e grafite LiC6. Durante la scarica, si verifica il processo inverso: gli ioni di litio si spostano nel catodo (ossidante) dall'anodo e gli elettroni si spostano nel catodo nel circuito esterno, di conseguenza il processo acquisisce neutralità elettrica.
La tensione nominale di una batteria agli ioni di litio è di 3,6 volt, tuttavia la differenza di potenziale durante la carica può raggiungere 4,23 volt. In relazione a questo fatto, la carica viene prodotta alla tensione massima consentita non superiore a 4,2 volt.
Alcuni composti di litio possono facilmente accendersi se viene superata la tensione, quindi, tradizionalmente, sono integrati in batterie agli ioni di litio controller del livello di caricache non consentono il superamento della tensione critica. Un'altra caratteristica di sicurezza è la valvola integrata per alleviare la pressione in eccesso all'interno della sacca.
Le batterie agli ioni di litio hanno già preso il loro posto nel mercato degli elettrodomestici portatili. Queste sono batterie per telefoni cellulari, macchine fotografiche, videocamere, tablet, lettori, ecc.
Litio ferrofosfato LiFePO4 È considerato il materiale catodico più promettente per la sua compatibilità ambientale. Il litio cobalto LiCoO2, a sua volta, è tossico e dannoso per l'ambiente, e per le batterie basate su di esso, solo il 50% degli ioni può essere rimosso dalla struttura del composto, perché se rimuovi completamente il litio da esso, la struttura diventerà instabile, il cobalto andrà in stato di ossidazione + 4 e sarà in grado di ossidare l'ossigeno e l'ossigeno atomico rilasciato ossiderà l'elettrolito e si verificherà un'esplosione.Le batterie con capacità aumentata (basate su LiCoO2) sono estremamente esplosive.
Il litio ferrofosfato LiFePO4 è stato proposto come materiale catodico di batterie per dispositivi più potenti nel 1997 da John Goodenough.
Il ferrofosfato di litio è presente nella crosta terrestre e non creerà alcun problema ambientale in futuro. L'ossigeno non può essere rilasciato da esso, poiché è tutto fortemente legato dal fosforo con la formazione di uno ione fosfato stabile. Tuttavia, per la possibilità di utilizzare questo materiale, doveva essere frammentato in piccole particelle, altrimenti sarebbe rimasto un isolante a causa della sua bassissima conduttività. Le particelle sono state realizzate lamellari con piccole dimensioni lungo la direzione del movimento degli ioni di litio, quindi rivestite con uno strato di carbonio spesso nanometri.
Tali nanoparticelle LiFePO4 sono in grado di caricarsi in 10 minuti e, se il rivestimento è ancora modificato, il tempo di carica sarà ridotto a 1-3 minuti. In futuro, è questo materiale che sarà in grado di fornire energia ai veicoli elettrici per 10 anni. Ciclo di carica-scarica già tecnologicamente possibile in 5-10 minuti in totale sicurezza.
Dal punto di vista della scienza moderna, lo sviluppo e il rilascio di pari nanoaccumulatore portatile Non ci vorrà molto ad aspettare, e la parola è solo per l'ampia implementazione tecnologica degli sviluppi. Per quanto riguarda le prospettive dei veicoli elettrici, ora possiamo già supporre che diventeranno il principale mezzo di trasporto nelle città del prossimo futuro.
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