I sei principali tipi di litio

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Le batterie agli ioni di litio sono al centro della transizione verso l’energia pulita in quanto tecnologia chiave per l’alimentazione dei veicoli elettrici (EV) e dei sistemi di accumulo dell’energia.

Tuttavia, esistono molti tipi di batterie agli ioni di litio, ciascuna con vantaggi e svantaggi.

L'infografica sopra mostra i compromessi tra le sei principali tecnologie catodiche agli ioni di litio basati sulla ricerca di Miao et al. e Università della Batteria. Questa è la prima delle due infografiche nella nostraSerie sulla tecnologia delle batterie.

Ciascuno dei sei diversi tipi di batterie agli ioni di litio ha una composizione chimica diversa.

Gli anodi della maggior parte delle batterie agli ioni di litio sono realizzati in grafite. In genere, ciò che cambia è la composizione minerale del catodo, facendo la differenza tra le caratteristiche chimiche delle batterie.

Il materiale del catodo contiene tipicamente litio insieme ad altri minerali tra cui nichel, manganese, cobalto o ferro. Questa composizione determina in definitiva la capacità, la potenza, le prestazioni, i costi, la sicurezza e la durata della batteria.

Tenendo questo in mente, diamo un'occhiata alle sei principali tecnologie catodiche agli ioni di litio.

I catodi NMC contengono tipicamente grandi proporzioni di nichel, che aumenta la densità di energia della batteria e consente autonomie più lunghe nei veicoli elettrici. Tuttavia, un elevato contenuto di nichel può rendere la batteria instabile, motivo per cui vengono utilizzati manganese e cobalto per migliorare la stabilità termica e la sicurezza. Diverse combinazioni NMC hanno avuto successo commerciale, inclusoNMC811(composto da 80% nichel, 10% manganese e 10% cobalto),NMC532, ENMC622.

Le batterie NCA condividono i vantaggi a base di nichel con le NMC, tra cui l'elevata densità di energia e la potenza specifica. Invece del manganese, NCA utilizza l'alluminio per aumentare la stabilità. Tuttavia, i catodi NCA sono relativamente meno sicuri di altre tecnologie agli ioni di litio, più costosi e generalmente utilizzati solo nei modelli di veicoli elettrici ad alte prestazioni.

A causa dell’uso di ferro e fosfato invece di nichel e cobalto, le batterie LFP sono più economiche da produrre rispetto alle varianti a base di nichel. Tuttavia, offrono un’energia specifica inferiore e sono più adatti per veicoli elettrici a corto raggio o standard. Inoltre, l’LFP è considerato uno dei prodotti chimici più sicuri e ha una lunga durata, consentendone l’uso nei sistemi di accumulo dell’energia.

Sebbene le batterie LCO siano ad alta densità energetica, i loro svantaggi includono una durata di vita relativamente breve, una bassa stabilità termica e una potenza specifica limitata. Pertanto, queste batterie sono una scelta popolare per applicazioni a basso carico come smartphone e laptop, dove possono fornire quantità di energia relativamente minori per lunghi periodi.

Conosciute anche come batterie spinello al manganese, le batterie LMO offrono maggiore sicurezza e capacità di ricarica e scarica rapide. Nei veicoli elettrici, il materiale catodico LMO è spesso miscelato con NMC, dove la parte LMO fornisce una corrente elevata in caso di accelerazione e NMC consente autonomie più lunghe.

A differenza degli altri prodotti chimici sopra menzionati, dove la composizione del catodo fa la differenza, le batterie LTO utilizzano una superficie anodica unica composta da ossidi di litio e titanio. Queste batterie mostrano sicurezza e prestazioni eccellenti a temperature estreme, ma hanno una capacità ridotta e sono relativamente costose, il che ne limita l’uso su larga scala.

Ora che conosciamo i sei principali tipi di batterie agli ioni di litio, quali di questi dominano il mercato dei veicoli elettrici e come cambierà la situazione in futuro?

Per scoprirlo restate sintonizzatiParte 2delSerie sulla tecnologia delle batterie, dove esamineremo le principali caratteristiche chimiche delle batterie per veicoli elettrici in base alla quota di mercato prevista dal 2021 al 2026.

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