Che cos'è una batteria ai polimeri?

I materiali degli elettrodi positivi e negativi utilizzati nelle batterie agli ioni di litio polimeriche sono gli stessi di quelli utilizzati nelle batterie agli ioni di litio liquide e i principi di funzionamento delle batterie sono sostanzialmente gli stessi. La differenza principale risiede nell'elettrolita. Le batterie agli ioni di litio utilizzano elettroliti liquidi, mentre le batterie agli ioni di litio polimeriche utilizzano elettroliti solidi polimerici. Questo polimero può essere "secco" o "gel". Attualmente, la maggior parte di esse utilizza elettroliti polimerici in gel. Le batterie agli ioni di litio polimeriche possono essere suddivise in tre categorie:

(1) Batteria agli ioni di litio con elettrolita solido polimerico. L'elettrolita è una miscela di polimero e sale. Questo tipo di batteria ha una bassa conducibilità ionica a temperatura ambiente ed è adatta all'uso ad alta temperatura.

(2) Batteria agli ioni di litio con elettrolita polimerico in gel. All'elettrolita polimerico solido vengono aggiunti plastificanti e altri additivi per migliorare la conduttività degli ioni, in modo che la batteria possa essere utilizzata a temperatura ambiente.

(3) Batteria agli ioni di litio con elettrodo positivo polimerico. Utilizza un polimero conduttivo come materiale per l'elettrodo positivo. La sua energia specifica è tre volte superiore a quella delle batterie agli ioni di litio esistenti e rappresenta l'ultima generazione di batterie agli ioni di litio.

Poiché utilizzano elettroliti solidi anziché liquidi, le batterie agli ioni di litio polimeriche offrono vantaggi rispetto alle batterie agli ioni di litio liquide, come lo spessore ridotto, la possibilità di essere realizzate in qualsiasi area e forma e di evitare problemi di sicurezza come perdite, combustione ed esplosione. Pertanto, l'involucro della batteria può essere realizzato in film composito di alluminio e plastica, aumentando così la capacità specifica dell'intera batteria. Le batterie agli ioni di litio polimeriche possono anche utilizzare i polimeri come materiali per elettrodi positivi, aumentando il loro rapporto massa-energia di oltre 50% rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio liquide. Inoltre, le batterie agli ioni di litio polimeriche offrono miglioramenti rispetto alle batterie agli ioni di litio in termini di tensione operativa e durata dei cicli di carica e scarica. Grazie a questi vantaggi, le batterie agli ioni di litio polimeriche sono considerate la prossima generazione di batterie agli ioni di litio.

Prospettive sulle tendenze di sviluppo delle batterie polimeriche agli ioni di litio

Le batterie polimeriche agli ioni di litio sono mature e commercializzate a livello globale da oltre due anni. Sebbene le vendite siano in rapida crescita, la loro quota di mercato rimane inferiore a 10%, molto al di sotto delle aspettative rispetto alla quota di mercato di 90% delle batterie al litio liquido. A causa di vari fattori, le batterie ai polimeri hanno generalmente un prezzo superiore a quello delle batterie al litio liquido. Tuttavia, il panorama competitivo dei dispositivi mobili si sta silenziosamente spostando, in particolare grazie alle innovazioni progettuali che apportano ai dispositivi mobili (come le prestazioni superiori in spessori inferiori a 4 mm e le batterie di grandi dimensioni). Le batterie ai polimeri si stanno facendo apprezzare dai progettisti di telefoni cellulari, droni, e dispositivi medici. Di conseguenza, i produttori di polimeri sono fiduciosi che l'era delle batterie ai polimeri arriverà sicuramente. Le tendenze di sviluppo delle batterie polimeriche agli ioni di litio possono essere osservate attraverso lo sviluppo dei telefoni cellulari. Attualmente, i telefoni cellulari stanno vivendo le seguenti tendenze di sviluppo:

(1) I telefoni cellulari si stanno sviluppando verso la miniaturizzazione e l'ultra-sottilità per facilitare il trasporto dei consumatori;

(2) La personalizzazione del design dei telefoni cellulari si riflette nel fatto che il concetto di design non è più la forma quadrata originale. Forme irregolari, curve e disegni ad arco sono diventati il mainstream dell'estetica del design dei telefoni cellulari;

(3) L'uso di schermi a colori e il continuo aumento delle funzioni dei telefoni cellulari. Per rendere i telefoni cellulari più piccoli, la riduzione delle dimensioni e dello spessore della batteria è il modo più efficace. Le batterie con uno spessore inferiore a 4 mm sono diventate la tendenza principale della configurazione sottile dei telefoni cellulari. Dal punto di vista dei costi, questa è la specialità dei polimeri. I telefoni cellulari con forme irregolari, curve e archi lasciano spazio effettivo alle batterie in forme irregolari. Le forme rettangolari liquide non possono utilizzare efficacemente lo spazio e hanno una bassa capacità, mentre i polimeri laminati possono sfruttare al meglio questo spazio irregolare e aumentare la capacità. Alcuni produttori hanno lanciato batterie a forma di arco, di trapezio e di zaino che possono aumentare la capacità dei telefoni cellulari di oltre 50% rispetto alle batterie liquide con specifiche corrispondenti. I telefoni cellulari dispongono di un numero sempre maggiore di funzioni, che comportano un consumo energetico sempre maggiore. La capacità della batteria deve aumentare di conseguenza. Senza aumentare lo spessore della batteria, le batterie ai polimeri presentano evidenti vantaggi. Allo stesso modo, i computer portatili, le cuffie Bluetooth, i droni, le apparecchiature mediche, le attrezzature militari e altri dispositivi elettronici si stanno muovendo verso la mobilità e la portabilità e sono dotati di display LCD. Le loro funzionalità sono in costante aumento e le dimensioni degli schermi sono in costante crescita. Ciò offre opportunità commerciali illimitate per batterie polimeriche agli ioni di litio.