Perché le batterie agli ioni di litio sono importanti?

Che cos'è una cella 18650?

Il mondo si sta allontanando sempre più dai combustibili fossili e un giorno diventerà completamente elettrico.

Ogni volta che l'umanità ha adottato un nuovo metodo per generare energia, sia che si trattasse di fuoco, vapore o diesel, ci sono stati miglioramenti fondamentali e di grande impatto nelle nostre vite. Per questo motivo, crediamo che l'energia elettrica immagazzinata nelle batterie avrà enormi implicazioni per il mondo nei prossimi vent'anni, poiché tecnologie come veicoli elettrici, case intelligenti, robotica e accumulo di energia solare potranno esprimere il loro pieno potenziale grazie a questi nuovi mezzi.

Gli ioni di litio rappresentano la tecnologia più promettente tra tutte le batterie. I produttori di batterie agli ioni di litio migliorano costantemente i loro prodotti e gli obiettivi per raggiungere la densità energetica necessaria per una completa transizione energetica sembrano sempre più realizzabili. Grandi investimenti, come la Gigafactory di Tesla, ne sono una prova, affermando il ruolo chiave di questi produttori nella prossima generazione di batterie, fondamentali per rivoluzionare l'accumulo di energia.

Forma

Le sottili lamine metalliche che compongono gli anodi e i catodi della cella vengono impilate una sopra l'altra e poi arrotolate strettamente insieme. Gli ioni di litio si muovono tra questi strati: in una direzione durante la carica della batteria e nella direzione opposta durante la scarica. Il cilindro stretto di anodi e catodi viene quindi inserito in un contenitore di acciaio rigido con un'estremità aperta e, infine, sigillato con il polo positivo. Le celle ai polimeri di litio (Li-po), invece, possono avere forme diverse.

Dimensioni

La batteria 18650 (18 mm x 65 mm) è un tipo di classificazione basata sulle dimensioni delle batterie agli ioni di litio. Se ne hai mai tenuta una in mano, probabilmente hai notato che ha la stessa forma, ma è leggermente più grande di una batteria AA. Per confronto, le pile AA vengono talvolta chiamate batterie 14500, poiché hanno un diametro di 14 mm e un'altezza di 50 mm. Le batterie cilindriche agli ioni di litio seguono questa stessa nomenclatura, in cui il nome è determinato dal loro formato (diametro seguito dall'altezza).

Prezzo

Le due specifiche più importanti per le celle 18650 sono la capacità, misurata in mAh (milliampere-ora), e la scarica continua massima, misurata in A (ampere). Quando si sceglie una batteria, è necessario dare priorità a una di queste caratteristiche. Le batterie con capacità elevata tendono a essere più costose. D'altra parte, le batterie con una scarica continua elevata (alto amperaggio) hanno una capacità inferiore. Nel 2015, le batterie con la capacità più alta erano di circa ~3500mAh, mentre quelle con il più alto amperaggio arrivavano a 30A.

Contraffazioni

Le batterie contraffatte sono un problema crescente. Queste batterie sono spesso pericolose e vengono etichettate con specifiche esagerate. Molte batterie usate vengono reimballate e vendute come nuove senza marchio. Misure contro le contraffazioni sono essenziali per i rivenditori e i produttori al fine di garantire la sicurezza degli utenti.

Economia

Oltre il 40% delle batterie prodotte nel mondo sono agli ioni di litio. La batteria 18650 è uno dei modelli di batterie agli ioni di litio più ampiamente prodotte, essendo utilizzata in laptop, utensili elettrici, robot, veicoli elettrici, vaporizzatori, sistemi solari e molte altre applicazioni che richiedono un accumulo di energia efficiente. Il costo di produzione di una cella 18650 è sceso da meno di 10 € per ~1500mAh (vent'anni fa) a meno di 2 € per ~3000mAh (oggi). Con la continua riduzione del costo per kWh, emergono nuove applicazioni per questa tecnologia.

Pacchi batteria

Quando si parla di batterie agli ioni di litio, è importante distinguere tra una cella e una batteria. Una cella è generalmente un'unità singola e priva di protezione. Una batteria, invece, è un insieme di più celle collegate a un circuito di protezione PCB, come un BMS (Battery Management System). Quasi tutte le celle 18650 vengono vendute per essere assemblate in pacchi batteria. Il circuito di protezione svolge funzioni essenziali, come la prevenzione della sovraccarica e il bilanciamento della carica.

Sicurezza

La chimica delle batterie agli ioni di litio diventa sempre più sicura ogni anno. Le celle sono ora molto resistenti e, nella maggior parte dei casi, non causano problemi. Tuttavia, in determinate circostanze, possono verificarsi malfunzionamenti dovuti a un uso improprio, come un cortocircuito o una perforazione. Alcuni incidenti aerei sono stati attribuiti a incendi causati da batterie agli ioni di litio, probabilmente a seguito di variazioni di pressione. Per questo motivo, il trasporto aereo delle batterie 18650 è sempre più regolamentato.

Voltaggio

Le celle 18650 sono solitamente classificate a 3,6V, 3,7V e, talvolta, 3,65V. L'intervallo di tensione completo per la maggior parte delle 18650 varia tra 2,5V e 4,2V. Superare questi limiti durante la carica o la scarica può generare calore, fumo, incendio o esplosione.

Miglioramento

Ogni anno, la capacità delle batterie agli ioni di litio migliora di circa l'8%. Questo progresso potrebbe sembrare lento, ma rappresenta una crescita esponenziale nel lungo periodo. All'interno di ciascun tipo di chimica della batteria, l'incremento è lineare. Di conseguenza, sono necessarie nuove generazioni di batterie con diversi composti chimici (sempre basati sugli ioni di litio) per consentire progressi significativi. Si prevede che questa tendenza continuerà per almeno 25 anni.

Spedizione

Il trasporto delle batterie agli ioni di litio è notoriamente complicato, poiché sono classificate tra i prodotti più pericolosi a causa del rischio di esplosione sugli aerei. Le normative relative all'imballaggio e alla dogana sono rigorose e devono essere seguite con attenzione. I pacchi batteria personalizzati necessitano di una licenza speciale ONU, che può costare decine di migliaia di euro per essere approvati per il trasporto aereo. La spedizione via mare è meno regolamentata, ma presenta comunque delle limitazioni.

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