Li batteri ionici di litiu nun "giniranu" lu putiri "giniranu" nnâ manera pi cui la majurìa dâ genti ci pensa. Chiḍḍu ca fannu è sarbari l'enirgìa elèttrica attraversu riazzioni elettruchìmichi rivirsìbbili, poi rilassala quannu lu circùitu esternu richiedi currenti. La cunfusioni supra chistu arriva assai nnê riunioni di pruggettazzioni, supratuttu quannu quarchi d'unu cerca di diminsari na battirìa pâ prima vota.
Succedinu dui cosi duranti lu scarico. Prima, li ioni di litiu migranu di l’elittrodu nigativu (anòdu) attraversu l’elittrolitu e lu siparaturi nzinu a l’elittrodu pusitivu (catudu). ‘n secunnu locu, li elittruna s’attròvanu ‘ntraversu lu circùitu esternu di l’anòdu a catòdi, facennu travagghi utili. Duranti la càrrica, nverti lu prucessu applicannu na tinzioni esterna ca furza li iuni e l'elittruna a mòvirisi nnâ dirizzioni upposta.
La tinzioni ca na cellula pruduci ntiramenti di li matiriali di l'elittrodu ca pigghi e li so putinziali elettruchìmici. Na cèllula frisca ca s’attrova nnâ scaffalatura senza càrricu mustra lu so vurtaggiu apertu a{1}}tipicamenti circa 3,6 a 3,7V pi la majurìa dî chìmichi di joni di litiu, puru si stu nùmmaru si movi a sicunna dâ càrrica e dâ timpiratura. Quannu cunnetti nu càrricu e accuminciati a disignari currenti, li gocci di vurtaggiu pi causa dâ risistenza nterna. Quantu ti dici assai dâ saluti dâ cellula.
Funnamintali dâ chimica cellulari
Tutti li cèlluli di joni di litiu cunnivìdunu lu stissu principiu upirativu di basi, ma li chimichi variunu assai. Lu matiriali catòdicu ditirmina 'n larga parti li carattirìstichi di rinnimentu dâ cellula, dinsità di putenza, capacità di putenza, vita dû ciclu, stabbilità termica e costu.
Li càtudi di ossidu stratu foru la prima chimica cummirciali. La Sony li ntruducìu n'autra vota ntô 1991 cu LicoO₂ (ossidu di cubbartu di litiu), ca è ancora usatu nna l'elittronica di cunzumu unni la dinsità enirgètica è cchiù mpurtanti dû costu o dî margini di sicurizza. Sti cèlluli mpaccanu circa 150-200 Wh/kg a liveḍḍu cellulari. Cobart è caru, e la chimica addiventa nstàbbili supra 150 gradi. Videmu l'inizziu termicu a timpiraturi vasci nzinu a 130 gradi ntê cèlluli abbusati.
L'unità pi na sicurizza e nu costu cchiù vasciu purtau a LiMn₂O (ossidu di manganisu di litiu) ntà lu menzu- }190. Lu manganisu è la sporcizia e la struttura a spinelli è pi natura cchiù stàbbili. Sti cèlluli nun scappanu nzinu a quannu nun passati di sòlitu 250 gradi. Lu compromissu? La dinsità enirgètica cala a 100-120 Wh/kg, e lu manganisu si dissolvi nta l'elittrolitu nnô tempu, supratuttu a timpiraturi auti. La vita dû ciclu suffri, stai circannu forsi 300-700 cicli prima ca la capacità cala sutta l'80%.
LiFePO₄ (fusfatu di ferru di litiu) cumparìu circa lu 2001 e canciaru la cunversazzioni di sicurizza. La struttura ulivina è la roccia{-sulida termicamenti; la fuga termica nun si virifica nzinu a 270 gradi, e macari allura è cchiù picca viulentu. La vita dî ciclu è eccezziunali-2,{6}} nzinu a l'80% dâ capacità è standard, e certi cèlluli foru tistati cchiù assai di 5.000 cicli. Lu svantaggiu è la vurtaggiu: sulu 3,2V nominali, e la dinsità enirgètica è limitata a 90-120 Wh/kg. Puru, la situazzioni dû brivettu fusfatu era disordinatu pi anni.
NMC (ossidu di cubbartu di manganisu di nichel di litiu) e NCA (ossidu di alluminnu di cubbartu di litiu) emersiru comu li chimichi "equilibbrati". Ammiscannu nichel, manganisu e cubbartu 'n vari prupurzionizziuna{1}} cumuni su' NMC 111, 532, 622 e 811 unni li nùmmari ìnnicanu cuntinuti di mitaḍḍu rilativi - si ponnu accordari la pristazzioni. Lu cuntinutu cchiù àutu di nichel spinci la dinsità d'enirgìa versu 200-250 Wh/kg ma ô costu dâ stabbilità termica e dâ vita dû ciclu. Li cèlluli NMC 811 ponnu colpiri 250 Wh/kg ma ànnu bisognu di na gistioni termica assai cchiù attenta.
Ntô latu di l'anòdu, la grafiti fu lu standard di lu primu jornu. La capacità tiòrica è di 372 mAh/g, e li cèlluli cummirciali di sòlitu arrivanu a 340-360 mAh/g. Lu litiu ntircala ntra li strati di grafeni duranti la carica, allargannu lu vulumi di grafiti di circa lu 10%. Chistu stress miccànicu cuntribbuisci â sbiadimentu dâ capacità supra lu ciclismu.
L'anòdi di silicuni foru "la cosa cchiù granni dâ prossima" pi circa quinnici anni ora. La capacità tiòrica di Silicon è di 4.200 mAh/g{3}} cchiù assai di deci voti grafiti. Lu prubblema è, lu silicuni s'allarga dû 300% quannu assorbi lu litiu. Chistu rumpi l'anòdu doppu na para di cicli. Li approcci attuali ùsanu li misceli di siliconzziuna di silicuni cu cuntinuti di silicuni tipicamenti sutta lu 10% pi mantèniri l'espansiuni manigghiabbili. Macari accussì, la pèrdita di capacità irrivirsibbili di prima{11} siclina 15{13} } 25% nta l'anòdi ca cuntenunu lu silicunu contra lu 5-10% pi grafiti puri.
Custruzzioni cellulari e furmati
Li cèlluli cilindrici sunnu prubbabbirmenti chiḍḍu ca la maggiuranza dî genti si mmàgginanu quannu pènzanu "batteria". Lu furmatu di 18650 (diàmitru 18 mm, lunghizza 65 mm) addivintau obbiqui doppu ca li pruduttura di laptop standardizzati ncapu a l'iniziu di l'anni 2000. Tesla usava migghiara di chisti ntâ Strata urigginali. La tìpica capacità di 18650 custituisci 2.000-3.500 mAh a sicunna dâ chìmica e si uttimizza l'enirgìa o l'alimentazzioni.
Lu furmatu cchiù novu 21700 (21 mm × 70mm) ca Tesla e Panasonic sviluppati cungiuntati offri circa lu 50% cchiù enirgìa pi cellula-4.000-5.000 mAh è cumuni ora. Lu diamitru cchiù granni aumenta lu rapportu di cumpunenti attivi matiriali e inattivi (culletturi attuali, ponnu, dispusitivi di sicurizza), migghiurannu la dinsità enirgètica a liveḍḍu di pacchettu. Li linii di produzzioni avìanu a èssiri rifumati, ca fa parti dû pirchì ci voli un pocu di tempu.
Li cèlluli prismàtici vinìanu dû disiùru dâ nnustria automobbilìstica di n’utilizzu spazziali megghiu. Ô postu di allinchiri na scatula cu li cilìnnari e lassari tuttu chiḍḍu spazziu vacanti, si fa li cèlluli rittangulari ca si spàrtunu ‘n manera efficienti. Li cèlluli prismàtici di l'automobbizzioni({2}} gradu vannu di 20Ah a cchiù assai di 100Ah. Sunnu cchiù fàcili di termici termina di nu puntu di vista di l'imballaggiu picchì si ponnu mettiri placchi di rinfriscamentu direttamenti contra li lati chianu. Lu svantaggiu è ca hai tutti l'ova 'n cchiù picca cestini{8}f na cellula prismatica granni fallisci, pirdi cchiù capacità di si na cellula cilintrici nica fallisci.
Li cèlluli dû chaldos pigghiunu l'idea dû spazziu eliminannu completamenti lu mitaḍḍu. La cellula è sigillata nta n'alluminu flissìbbili - laminatu sacca. Chistu sarba forsi lu 10{4}} 15% di pisu rispettu a na latta prismatica, e lu furmatu è assai flissìbbili, si po fari ca la dumanna è ca richiedi la dumanna. Custruttura EV comu a iḍḍi picchì li ponnu mèttiri direttamenti nnî placchi di rinfriscàmentu. La dibbulizza è miccànica: hannu bisognu di cumpressioni esterna pi priviniri la dilaminazzioni di l’elittrodu duranti lu ciclismu e su’ cchiù vulnerabbili ô dannu di puntura.
Tecnuluggìa di Siparaturi
Lu siparaturi non ottèni assài attinzioni, ma è probabbilmenti lu cumpunenti di sicurizza cchiù crìticu. È na mimbrana fina (16{3}}25 μm) ca manteni l'anòdu e lu catodu di tuccari mentri pirmetti di passari li ioni di litiu. Li primi siparatura èranu polietileni a liveḍḍu singulu (PE) o poliprupileni (PP).
L'àutu mudernu-} li siparatura di prifurmazzioni ùsanu strutturi di tristrami, tipicamenti PP/PP. Lu stratu PE àvi un puntu di fusiuni cchiù vasciu (135 gradi) rispettu a PP (165 gradi). Si la cellula accumincia a surriscaldari, lu PE si sciogghi e si riempi li pori, chiudennu lu trasportu ionicu prima ca la timpiratura arriva a liveḍḍi piriculusi. Chistu è chiamatu arrestu termicu, ed è l'ùrtima lìnia di difisa prima di scappari termicu.
Li siparatura di ciràmica-} agghiùncinu n'autru margini di sicurizza. Nu rivestimentu suttili (2{4}}4 μm) di allumina o autri particeḍḍi di ciramica ncapu a unu o tutti dui li lati dû siparaturi manteni l'intigrità strutturali puru si lu pulimeru si funni. Lu rivestimentu è abbastanza puru ca lu trasportu jonicu cuntinua, ma evita l'elittrodu di curtu- circuitannu puru a timpiraturi supra di 150 gradi. Lu svantaggiu è lu costu-cicèmicu-}}}}}}}}}}}}} siparatura distinti a 2-3 × lu prezzu di siparatura standard e mpidanza liggirmenti cchiù auta.
La porosità di sòlitu curri 40-} 50%. Aumintari la risistenza troppu vascia e ionica, limitannu la capacità di putenza. Troppu auta e la risistenza miccànica suffri. Macari la distribbuzzioni dâ grannizza dî pori; lu nùmmaru Gurley (test di pirmiabbilità di l'aria) è na spicificazzioni standard. La majurìa dî siparatura di qualità EV miranu a 200-400 sicunni/100cc.
Elittrulita e agghiuntivi
L'elittrolitu nna na cellula di joni di litiu è cchiù cumplessa di quantu si putissi pinzari. La furmulazzioni di basi è tipicamenti un sali di litiu- LiPF₆ (esafluorufusfatu di litiu) nto 95%⁄ di cèrni- s'arrisurvau nti na miscela di carbunati urganici. Li sulventi cumuni nchiùjinu carbunatu di etileni (EC), carbunatu di dimitili (DMC), carbunatu di dietel (DEC) e carbunatu di mitili di etili (EMC).
La cuncintrazzioni di LiPF₆ di sòlitu è di circa 1,0 a 1,2 M (mulari). La cuncintrazzioni cchiù auta migghiura la cunnuttività ionica nzinu a nu puntu, ma oltri 1,3 M o accussì accuminciai a pigghiari pricipitazzioni di sali a timpiraturi vasci. LiPF₆ havi prubblemi -} l'umidità- sinsinsibbili e accumincia a dicumponiri supra 60 gradi- ma alternativi comu LiBOB o LiFSI nun l'hannu spustatu ancora a causa di costu o autri compromissi.
La miscela dû sulventi carbunatu veni sintunatu pi l'applicazzioni. L'E àvi na custanti diilèttrica auta e na bona SEI{1}} furmannu prupità, ma si ghiaccia a 36 gradi. Bisogna ammiscarilu cu carbunati cchiù vasci-}} comu DMC o EMC pi mantèniri lu rinnimentu vasciu a{5}}}}}. Na furmulazzioni tipica putissi èssiri EC:DMC 1:1 pi vulumi, o EC:EMC 3:7. Li rapporti esatti sunu prupritariu e custoditi di vicinu.
L'agghiunciti sunnu unni succedi la vera magìa di chìmica. Li elittroliti muderni cuntèninu 2- 5% cu lu pisu di vari agghiuncitini ca mudìficanu la furmazzioni SEI, privèninu la suvraccarica, supprimi la ginirazzioni di gas o migghiuranu la stabbilità di timpiratura auta. Lu carbunatu di vinileni (VC) ô 1-2% è quasi univirsali pi migghiurari la qualità dû SEI ncapu l'anòdi di grafiti. Lu carbunatu di fluuruetileni (FEC) funziona megghiu pi l'anodi ca cuntenunu lu silicuni. Sti cumposti arridùciunu prifirinzialmenti duranti li cicli di carica nizziali, furmannu nu stratu prutittivu ncapu l'anòdu ca è isulanimenti cunnuttivi ma elettronicamenti isulanti.
Li agghiuncitini di prutizzioni supraccarica comu lu bifinili o lu cicluessilbenzenu accumincianu a polimizzari circa 4,5 V, criannu nu shunt nternu ca mpidisci ca la vurtaggiu acchiana cchiù assai. Chistu ti duna na certa prutizzioni si lu BMS fallisci, puru si s'affida a chistu chiaramenti nun è na megghiu pràtica.
Furmazzioni di ntirfacci di elittroliti sulidi
Lu SEI è prubbabbirmenti l'aspettu menu capitu ma cchiù mpurtanti di l'upirazzioni dâ batteria ionica litiu. Duranti li primi cicli di carica, li cumpunenti di elittroliti riaggisciunu câ supirfici di l'anòdu, furmannu nu stratu di passivazziuni. Stu stratu è funnamintali: havi a èssiri cunnuttivu ionicamenti (pi cunsentiri li ioni di litiu attraversu) ma isulanti elettronicamenti (pi priviniri ultiriuri dicumpusizzioni elittrulìtica). La cumpusizzioni SEI è nu disordini({3}} dozeni di sali di litiu, cumposti urganici e li pulimeri tutti ammiscati nta nu stratu spissu 10-100 nm.
La bona furmazzioni SEI è la diffirenza ntra na cellula ca ciclis 500 voti e chiḍḍa ca cicli 3.000 voti. Lu prubblema è ca lu SEI nun è stàticu. Si scippa duranti li canciamenti di vulumi ntà l'anòdu, espunennu la supirfici frisca ca cunsuma cchiù elittrolitu e litiu pi riparari lu dannu. Eccu picchì la capacità s'affaccia supra lu ciclismo puru quannu stai è gentili câ cellula.
Lu ciclismu di furmazzioni è nu passu di produzzioni crìticu. Li cèlluli suffrunu una o cchiù assai càrrica {\\displaysty) cicli a li cicli a timpiraturi cuntrullati pi stabbiliri lu SEI nizziali. Li prutucoli di furmazzioni su’ prupitàri, ma li tagghi tipici di primazzioni di càrrica su’ C/20 a C/10, e lu prucessu po pigghiari 24-48 uri. Li pruduttura uttimizzanu limiti di vurtaggiu di furmazzioni, timpiratura, pirìudi di riposu e schemi di ciclismo pi prudùciri lu SEI cchiù stàbbili pussìbbili. Aviri chistu custa sbagghiatu, cicli la vita.
Lu nvicchiamentu calannariu-}} è sulu quannu la cellula è sulu assittata ddà{1} è largamenti puru un finòminu SEI. Lu SEI cuntinua a crisciri lentamenti a circùitu apertu, cunsumannu un litiu cicliàbbili. L'archiviazzioni a nu statu àutu e la timpiratura auta accilira chistu. Na cellula sarbata ô 100% SOC e 60 gradi putissi pirdiri la capacità dû 20% nta n'annu, mentri la stissa cellula ô 50% SOC e lu 25 gradi putissi pirdiri lu 3%.
Protocolli di carica e Gistioni dâ Batteria
Li cèlluli di joni di litiu su' sinsìbbili â càrrica eccessiva, supra{0} si carica e carrica a timpiraturi inapprupriati. Eccu picchì ogni paccu di battirìa multi{2}} àvi bisognu di un BMS (sistema di gistioni dâ battirìa).
Lu mètudu di carica standard è la vurtaggiu custanti/custanti (CC{0}}). Duranti la fasi CC, si spinci la currenti ntà la cellula a na vilucità fissa-tipicamenti 0,5C a 1C pâ maggiuranza dî cèlluli, puru si certi cèlluli auti-}} po manijari 3C o cchiù assai. La tinzioni aumenta mentri la cellula carica. Quannu la tinzioni arriva ô limiti supiriuri (4,2V pâ maggiuranza di chìmica, 3,65V pi LFP, 4,3V o 4,35V pi certi varianti NMC auti-}}. L'attuali si sciogghi mentri la cellula s'avvicina â càrrica cumpleta, di sòlitu tagghiannu quannu la currenti cala sutta C/20 o C/50.
La càrrica viloci è cchiù cumplicata. Li tassi di càrrica cchiù auti acciliranu la placcatura di litiu ncapu l'anòdu, ca è piriculusu- lu litiu mitallicu è assai riattivu e po purtari a mutanni nterni o furmazzioni di dindriti ca pinètranu lu siparaturi. Pi digiuniri- carica 'n manera sicura, è nicissariu capiri comu la vurtaggiu, la currenti e la timpiratura ntiraggìscinu cu cunnizzioni di inizziu dâ placcatura di litiu.
Lu prubblema è ca nun si po misurari la placcatura di litiu direttamenti nna na cellula sigillata. Bisogna capiri di autri signali. N’approcciu è di rintracciari lu putinziali di l’anòdu e lu rifirimentu dû mitaḍḍu di litiu. Si lu putinziali di l'anòdu va sutta 0V rispettu a Li/Li⁺, si virifica la placcatura. Lu prubblema è ca la majurìa dî cèlluli cummirciali nun àvi elittrodi di rifirimentu.
L'aumentu dâ timpiratura duranti la càrrica viloci è mpurtanti. Na carica di cèlluli a 2C putissi vìdiri la so criscita nterna 15{4}}20 gradi supra l'ambienti puru cu nu rinfrisciamentu attivu. A timpiraturi friddi, chistu è 'n rialtà utilizziuna{8}}a cèlluli friddi (pi diri -10 gradi ) àvi na capacità di putenza assai scarsa, ma si lu si po scaldari caricannu a tariffi mudirati (0,5C), lu rinnimentu migghiura. Quarchi EV lu fa apposta: ntô tempu friddu, fannu nu brevi mpulsu di càrrica auta pi scaldari la battirìa prima ca lu cunnutturi richiedi granni putenza pi l'accilirazzioni.
Lu bilanciamentu dî celluli è nicissariu picchì li celluli ntà serii non arrestunu mai pirfittamenti abbinati. Tulliranzi di produzzioni, diffirenzi nichi nnî tassi di sèguitu a sèguitu e gradienti termichi ntra lu pacchettu causa di diriva di vurtaggiu. Si carica na stringa di seri senza equilibbrari, certi cèlluli arrivanu ô limiti di vurtaggiu supiriuri prima di autri. Li celluli forti sunnu suttaricati, li celluli debbuli sunnu supraccaricati e li pristazziuni suffrunu.
Lu bilanciu passivu usa li risistiri pi sanguinari l'enirgìa di cèlluli vuluti cchiù auti. È sèmplici e picca custusu ma spreca l'enirgìa comu caluri. Lu bilanciu attivu usa cunvirtitura o cuncintratura DC{3}}}DC pi trasfiriri enirgìa di cèlluli auti a cèlluli vasci. Cchiù efficienti, cchiù cumplessu, cchiù cari. Pi nu pacchettu di 400V EV, lu bilanciu passivu putissi pèrdiri 50-100W cuntinuamenti, ca è trascurabbili rispettu a l'alimentazzioni di guida ma agghiunci ntô tempu.
Cunsidirazzioni di Gistioni tèrmica
La ginirazzioni di caluri nna na cellula di joni di litiu veni di tri funti: caluri irrivirsìbbili (Guoi lu caudiamentu dâ risistenza nterna), lu caluri rivirsìbbili (canciamentu di ntrupìa dâ riazzioni elettruchìmica) e lu caluri dî riazziuni laterali. A C{1}}, lu caluri rivirsìbbili cummìgghia. A C{3}}, lu caluri irrivirsìbbili pigghia lu putiri.
Lu tèrmini di caluri rivirsibbili è ntirissanti picchì cancia lu signu a sicunna dû SOC. Pi la maggiuranza dî chimichi di joni di litiu, la carica ginira lu caluri a SOC vasciu ma assorbi lu caluri a SOC auti. Lu scaricamentu fa lu cuntrariu. Lu puntu di crossover è di sòlitu circa lu 50-60% SOC. Eccu picchì si putissi vìdiri la timpiratura cellulari cala duranti la fasi finali dâ carica si la currenti è abbastanza vascia.
La risistenza nterna cancia câ timpiratura, lu SOC e lu nvicchiamentu. A 25 gradi, na cellula 18650 frisca putissi aviri na risistenza DC di 40-60 milliohm. A -20 gradi, chistu pò passari a 200-300 milliomi. Eccu picchì la gamma EV a friddu cala accussì drammaticamenti. Nun sulu la chìmica è cchiù lenta a timpiraturi vasci, ma l'aumentu dâ risistenza nterna signìfica ca cchiù di l'enirgìa dâ battirìa è pirduta comu caluri dintra la cellula.
Lu lìmiti termicu dipenni dâ chìmica. Pi li cèlluli NMC, li riazziuni di dicumpusizzioni esutèrmichi accumincianu circa 180-220 gradi. Na vota accuminciatu, la timpiratura pò aumintari a 10-50 gradi ô secunnu, arrivannu a 800 gradi o cchiù auti. LFP è assái cchiù sicuru; l'inizziu termicu è 270 gradi + e la timpiratura massima raggiunta è cchiù vascia.
La prupagazziuni tra li celluli ntà nu pacchettu è lu veru pirìculu. Si na cellula trasi ntô scòppia termicu, scalda li vicini. Si li celluli vicini scappanu dipenni puru dâ capacità di rinfrisciamentu, dâ distanza cellulari e di l'isolamentu. Li test di prupagazzioni 9540A UL lu simulanu furzannu na cellula a fuga termica e cuntrullannu si li cèlluli adiacenti sèguinu. Bonu disignu dû pacchettu cunteni lu fallimentu a na cellula o â maggiuranza di nu mòdulu nicu.
Li stratiggìi di rinfrisciamentu cancianu. Lu rinfriscamentu di l'aria è cchiù sèmplici - si sbuffa l'aria supra li cèlluli o l'impacchetta. Opera OK pi applicazzioni a vascia di dinsità di putenza comu li PHEV o li sistemi di archiviazzioni di enirgìa. Lu rinfrisciamentu liquidu è nicissariu pi EV di pri-furmazzioni àutu. La gran parti dê pruggetti ùsanu na misculanza di 50:50 a 50:50 a 10-25 litri a 10-25 litri ô minutu attraversu lastri friddi o canali di rinfrisciamentu. La timpiratura di l'ingressu è di sòlitu cuntrullata a 20-35 gradi. Li gradienti dâ timpiratura dû pacchettu di battirìa avissiru a ristari sutta li 5 gradi max pi min pi evitari lu nvicchiamentu acciliratu dî cèlluli cchiù caudi.
Quarchi pruggettu spirimintali usa lu rinfriscamentu dû friggianti, lu rinfriscamentu di l'immersioni ntô fluidu diilèttricu, o li matiriali di fasi- cancianno. Lu rinfriscamentu friggianti pò tirari cchiù caluri ma richiedi nu sistema AC cchiù cumplessu. Lu rinfriscamentu di l'immersion havi cuefficienti di trasfirimentu di caluri eccellenti (500-2.000 W/m2K rispettu a 50-150 W/m2K pi rinfriscàri liquidi indiretti) ma la sigillatura e la cumpatibbilità dî fluidi sunnu sfidi. Li PCM travàgghiunu 'n manera passiva ma hannu a rifiutari lu caluri sarbatu â fini, quinni aiùtunu principalmenti cû rinfriscamentu transienti duranti la carica viloci o l'accilirazzioni dura.
Digradazzioni dû rinnimentu e Modi di fallimentu
La criscita dâ capacità e la crìscita dâ mpidanza sunnu li du’ miccanìsimi di digradazzioni principali. Sunnu causati di diversi prucessi fìsici e chìmici ca succièdunu simultaniamenti.
Ntô latu di l'anòdu, la criscita dû SEI cunsuma liti e elittroliti cicliàbbili, aumintannu la risistenza. L'esfoliazzioni di grafita si po virificari si la cellula veni caricata a timpiraturi vasci {1} } li placchi di grafiti mmeci di ntircalari, e quannu â fini si ntircala, rumpi la struttura di grafiti. Chistu è spissu irrivirsìbbili. La dicumpusizzioni di binèni a timpiraturi auti pruvoca la pèrdita di cuntattu elèttricu ntra li particeḍḍi.
La digradazzioni dû catudu nchiudi la dissoluzzioni di mitalli di transizzioni (suprattuttu manganisu ntà LMO o manganisu- ca cunteni NMC), li canciamenti strutturali di l'insirimentu/estrazziuni ripituta di litiu, e la ricustruzziuni dâ supirfici ntà catudi auti {1}nickel. Li mitalli di transizzioni dissolti migranu a l'anòdu unni catalizzanu la criscita SEI, accussì la digradazzioni dû catodu accilira n'accilira la digradazzioni di l'anòdu.
La dicumpusizzioni e l'elittroliti e la ginirazzioni di gas su' prubblemi cchiù granni a tinzioni auti e timpiraturi auti. Li gas cumuni nclùdinu CO₂, CO e vari idrocarburi dâ dicumpusizzioni carbunati Ntê cèlluli di sacchetta, vidiri la sacchetta ca è visibbirmenti. Ntê cèlluli cilìntrichi o prismàtici cu casi duri, la prissioni si basa nzinu a quannu lu spurtaturi di sicurizza s'apri (di sòlitu a 10-15 bar).
La pèrdita di l'invintòriu di litiu è nu meccanismu di sbiadimentu mpurtanti. Ogni vota ca lu SEI crisci o li placchi di litiu irrivirsibbilmenti ncapu l'anòdu, si pigghia un litiu dâ piscina di litiu ciclisìbbili. Â fini ti scuppia e li gocci di capacità.
Li fallimenti stupenti ponnu succèdiri dî pantaloncini nterni. La majurìa dî short accumìncianu nichi{1}am ca li particeḍḍi di mitaḍḍi nichi vennunu lu siparaturi, o na dindrita di litiu crisci. Lu curtu cria nu puntu caldu, ca accilira la digradazzioni lucalmenti, ca fa peggiu, e si otteni nu ciclu di feedback pusitivu. Quarchi vota la cellula autu{4}} si firrìanu si lu curtu si sciogghi. Autri voti prugridisci pi scappari termicu.
Li test di pinnirazzioni dû unghie (furzannu na unghia d'acciaiu attraversu na cellula caricata) sunu nu test di abbusu standard. Li cèlluli LFP di sòlitu nun s’arriunìsciunu termicu dâ pinnitrazzioni dî unghie. Li cèlluli NMC spissu lu fannu, puru si li disegni cu siparatura cchiù boni e l'enirgìa spicìfica cchiù vascia ponnu quarchi vota passari.
La figura 5 dî grafici e la ritenzioni di capacità rispettu ô nùmmaru di ciclu pi tanti chìmichi ‘n cunnizzioni di ciclismo muderati (1C càrrica/scarica, 25 gradi , 100% DOD).
Statu di Carica e Statu dâ Sanitati
Nun si po misurari direttamenti quantu enirgìa è nna na cellula di joni di litiu. Avi a stimari di autri misurazzioni: tinzioni, currenti e timpiratura.
Lu mètudu di stima SOC cchiù sèmplici è la vurtaggiu - basatu. Ogni chìmica havi na carattirìstica aperta vurtaggiu di vurtaggiu di circorcu e curba SOC. Misurari la vurtaggiu doppu ca la cellula s’arripusa pi nu pocu (pi lassari cadiri la vurtaggiu transienti dû dicadimentu di risistenza nterni), guardala ncapu la curba OCV, e sai SOC. Lu prubblema è ca raramenti hai tempu ca la cellula arripusa nta applicazzioni riali.
Lu cuntu di coulomb è l'approcciu standard. Intigrài attuali ô tempu pi rintracciari e nesciri. Si accuminciati a nu SOC canusciutu, po carculari lu novu SOC n’ogni mumentu. L'accuratizza dipenni dû sinsuri attuali (±0,5% è tìpicu) e canusciri la capacità vera. L'erruri s'accumulunu nnô tempu, adunca è nicissariu ricalibbrari piriodicamenti facennu na càrrica cumpleta o nu ciclu di scarica.
Mudellu- ùsanu nu mudeḍḍu di circùitu equivalenti o mudeḍḍu elittruchìmicu dâ cellula. Si misura la vurtaggiu e la currenti tirminali, falli attraversu lu mudeḍḍu e estratti stati nterni ntra cui lu SOC. Li filtri di Kalman allargati o l'osservaturi statali simili su' cumuni. Sti approcci ponnu èssiri assai accurati (erruri SOC ±2%) ma ànnu bisognu di mudeḍḍi boni e risursi cumputazziunali mpurtanti.
La stima dû SOH è cchiù diffìcili picchì stai circannu di quantificari la digradazzioni, ca è lenta e graduali. La crìscita dâ capacità e la crìscita dâ mpidanza nun sunnu pi forza currilati ‘n manera liniari l'unu cu l'autru o cû cuntu dû ciclu. Na cellula ca fu viloci{2}} carricatu assai putissi aviri n'impidenza auta ma sulu la capacità di capacità muderata. Na cellula ca fu sarbata a SOC/timpiratura auta putissi aviri na capacità di capacità mpurtanti ma na crìscita di mpidanza rilativamenti vascia.
La pràtica dû sitturi è di difiniri lu SOH basatu ncapu la capacità: na cellula a l'80% dâ so capacità urigginali è ô 80% di SOH, e chistu è spissu cunzidiratu diri cunzidirata end-) vita pi applicazzioni EV. La cellula funziona ancora, ma l'intervallu calau lu 20%. Pî applicazzioni di archiviazzioni enirgètica, li cèlluli ponnu èssiri usati nzinu ô 60-70% SOH.
Quarchi BMS fa cuntrolli di capacità piriòdichi{0} di scaricari la battirìa a na velocità vascia e misurari quantu enirgìa nesci. Chistu è accuratu ma ntrusivu (la battirìa nun è dispunìbbili duranti lu test) e ci volunu uri. Autri approcci cìrcanu di stimari ‘n manera ‘ndiretta li curbi ri vurtaggiu, li misurazzioni dâ ‘mpidenza o l’efficienza coulombica.
La risistenza nterni po èssiri misurata applicannu nu pulsu di currenti e misurannu la risposta di vurtaggiu, o iniettannu un signali AC nicu a vari friquenzi (spettruscupia di mpidamentu elettruchìmicu). EIS duna assai cchiù nfurmazzioni ma abbisogna di n’hardware spicializzatu ca raramenti è prisenti nnî BMS cummirciali.
Sicunnuna{0}} Applicazzioni e riciclaggiòni
Quannu na battirìa EV arriva a l'estrimità - - fauna (tipicamenti 70{8}}80% di capacità urigginali), è ancora pirfittamenti funziunali pi applicazzioni cchiù picca esigenti. L'usu dâ battirìa dâ secunna vita sta pigghiannu trazzioni pi l'archiviazzioni enirgìa stazziunaria.
Li ecunumìa sunnu cumplicati. Bisogna pruvari lu pacchettu ritiratu, putinzialmenti ri-fatturari (sustituiri lu BMS, lu sistema di rinfrisciamentu o li moduli danneggiati), cirtificalu pâ nova applicazzioni e dari na garanzia. Tuttu chistu custa pìcciuli. Pi sicunna{3}} la vita havi sensu, lu pacchettu rinnuvatu havi a custarisi assai cchiù picca di nu novu pacchettu pruggittatu pi l'applicazzioni stazziunaria. Li costi si rumpunu puru si lu rinnovamentu è cchiù picca dû 40-50% dû novu costu dû pacchettu, ‘n basi â cui analisi cridi.
Li cèlluli 'n pinzioni sunnu nun -triviali. Nu mòdulu putissi cuntèniri cintinara di cèlluli 'n seri-}parallela. Nun li ponnu pruvari facilmenti ‘n manera ‘nnividuali. Putissi pruvari lu mòdulu comu unità, ma na cellula tinta pò mascherari stissa. Quarchi modalità di digradazzioni è diffìcili di rilevari senza test distruttivi. C'è macari la dumanna di responsabbilità: si na battirìa dû sicunnu-} pigghia lu focu, cu è rispunzàbbili?
Lu riciclaggio è l'estrimità ùrtima-asca. La grannizza attuali{3}} usa la pirumitallurgìa (furmazzioni) o l'idrumitallurgìa (lisciu chìmica). La pirumitallurgìa è cchiù sèmplici ma menu silittiva{5}} si pigghia lighi di mitaḍḍu misti ca ànnu bisognu di cchiù raffinazzioni. L'idrumitallurgìa pò ricupirari mitalli sìnguli a na purità cchiù auta ma richiedi cchiù passaggi e ginira rifiuti chìmichi.
L'ecunumìa dû riciclaggio dipenni assái dî prezzi dî mitalli. Lu cubbartu è prizziusu (circa $30-440/kg storicamenti, puru si li prezzi s'unìsciunu sarvàggiu), quinni lu cubbartu di riciclaggio-}} è la chimica ecunòmicamenti valida. Nickel vali la pena di riciclari 'n scala. Lu manganisu, lu ferru e l'alluminu sunu mitalli vasci, quinni lu riciclaggio havi sensu principalmenti pi tenirili fora discarica. Lu litiu è ntirissanti, nun è assai priziosu pi chilugrammu, ma li vinculi di furnitura fannu attrattiva lu ricuperu.
Lu riciclaggio direttu - simbula la battirìa e riutilizzannu direttamenti lu catòdiu o lu matiriali di anudu senza rumpirilu a li sali di mitaḍḍu{1}} su' n'aria di ricerca cauda. Si putissi ricupirari la pulviri di catodu ‘n forma usabbili, sarbassi l'enirgìa e lu costu dâ sìntisi di catudi. Li sfidi nchiùjinu la siparazzioni dû matiriali attivu di cullezzionisti e liganti attuali, e lu trattamentu dû fattu ca lu matiriali riciclatu è na misculanza di cèlluli di diversi pruduttura, età e chìmici.
