Classificazione delle batterie ai polimeri di litio
Le batterie ai polimeri di litio possono essere suddivise in tre categorie distinte:
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Batterie agli ioni di litio con elettrolita solido polimerico: Queste batterie utilizzano una miscela di polimeri e sali come elettrolita. Con una bassa conducibilità ionica a temperatura ambiente, sono più adatte agli ambienti ad alta temperatura.
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Batterie agli ioni di litio con elettrolita ai polimeri di gel: Incorporando plastificanti e additivi nell'elettrolita polimerico solido, queste batterie migliorano la conducibilità ionica, rendendole utilizzabili a temperatura ambiente.
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Batterie agli ioni di litio con materiali catodici polimerici: Caratterizzate da polimeri conduttivi come materiali catodici, queste batterie offrono un'energia specifica tre volte superiore a quella delle tradizionali batterie agli ioni di litio, posizionandosi come l'ultima generazione di questa tecnologia.
Rispetto alle batterie agli ioni di litio liquide, le batterie agli ioni di litio polimeriche beneficiano di elettroliti solidi, che consentono profili più sottili, aree personalizzabili e forme flessibili. Inoltre, riducono i rischi per la sicurezza, come perdite, combustione ed esplosioni. L'uso di film compositi di alluminio e plastica per gli involucri aumenta la capacità specifica, mentre l'impiego di polimeri come materiali catodici può aumentare l'energia specifica della massa di oltre 50%. Inoltre, queste batterie presentano una tensione di esercizio e una durata dei cicli di carica e scarica migliorate, che le rendono famose come la prossima generazione di batterie agli ioni di litio.
Principio di Batterie ai polimeri di litio
Le batterie agli ioni di litio sono classificate in due tipi: batterie agli ioni di litio liquido (LIB) e batterie agli ioni di litio polimero (PLIB). Le batterie agli ioni di litio liquide sono batterie secondarie in cui i composti di intercalazione di Li+ fungono da elettrodi positivi e negativi. L'elettrodo positivo impiega tipicamente composti di litio come LiCoO2, LiNiO2 o LiMn2O4, mentre l'elettrodo negativo utilizza un composto di intercalazione litio-carbonio (LixC6). Un sistema tipico è rappresentato come:
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(-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)
Le reazioni elettrochimiche sono le seguenti:
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Reazione dell'elettrodo positivo: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- (2.1)
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Reazione dell'elettrodo negativo: 6C + xLi+ + xe- = LixC6 (2.2)
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Reazione complessiva della batteria: LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 (2.3)
Il principio delle batterie agli ioni di litio polimeriche rispecchia quello delle batterie al litio liquido, con la differenza fondamentale nell'elettrolita. I componenti principali della batteria - elettrodo positivo, elettrodo negativo ed elettrolita - comprendono almeno uno o più elementi realizzati con materiali polimerici. Attualmente, i materiali polimerici sono utilizzati prevalentemente nell'elettrodo positivo e nell'elettrolita. L'elettrodo positivo può essere costituito da polimeri conduttivi o da composti inorganici tipici delle batterie agli ioni di litio, mentre l'elettrolita può essere un elettrolita polimerico solido o colloidale o un elettrolita organico. A differenza della tecnologia tradizionale agli ioni di litio, che si basa su elettroliti liquidi o colloidali e che richiede un robusto imballaggio secondario per contenere i componenti infiammabili (aggiungendo così peso e limitando la flessibilità), la tecnologia agli ioni di litio a polimeri elimina l'eccesso di elettrolita. Ciò aumenta la stabilità e riduce i rischi di sovraccarico, collisione, danneggiamento o uso eccessivo.
Applicazioni delle batterie ai polimeri di litio
Grazie alla loro maggiore densità energetica, le batterie ai polimeri di litio garantiscono una maggiore durata dell'alimentazione. Nel mercato delle comunicazioni mobili, i computer portatili e gli smartphone sono i principali consumatori, il che spinge i progressi nella tecnologia e nella produzione delle batterie. I fornitori di telefoni cellulari si stanno concentrando sullo sviluppo di batterie agli ioni di litio ad alta tecnologia, in particolare con design prismatico e cilindrico. L'adozione di elettroliti in gel sostiene la tendenza verso batterie più sottili, destinate ad applicazioni ultrasottili come le smart card, mentre i circuiti di protezione agli ioni di litio migliorati aumentano la sicurezza. Utilizzate principalmente nei dispositivi mobili, le batterie ai polimeri di litio stanno progressivamente sostituendo quelle al nichel-cadmio grazie ai loro numerosi vantaggi.
Sviluppo delle batterie ai polimeri di litio
La nuova generazione di batterie polimeriche agli ioni di litio offre una notevole flessibilità di progettazione, raggiungendo spessori fino a 0,5 mm (ad esempio, le batterie ATL, equivalenti allo spessore di una carta), oltre a dimensioni e forme personalizzabili. Questa adattabilità consente ai produttori di creare batterie su misura per forme e capacità specifiche, ottimizzando le prestazioni del prodotto per gli sviluppatori. L'energia unitaria di queste batterie è 50% superiore a quella delle attuali batterie agli ioni di litio, con miglioramenti significativi in termini di capacità, caratteristiche di carica-scarica, sicurezza, intervallo di temperature operative, durata dei cicli (superiore a 500 cicli) e prestazioni ambientali.
