Cos'è Carattirìstichi dû Litiu -}}?
Capacità e Elettrumotrici di litium- sion Matiriali di Batteria
Duranti la càrrica -scharge riazziuni di litium-, sulu li matiriali attivi di l'elittrodi pusitivi e nigativi subbiscinu riazzioni di ntircalazziuni/dintercarazzioni di dintircarazzioni, mentri l'elittroliti e autri matiriali nun sunnu cunzumati. Pirciò, lu putinziali a cui li matiriali di elittrodi pusitivi e nigativi ntircalanu/ditirnari li joni di litiu additerminanu la vurtaggiu apertu{4}} circtuit dâ battirìa, e la quantità di joni di litiu ntircalannu/ditirmicazziuni ditirmina la capacità dû matiriali attivu. Assà litiu globbali -} sirzuna di batterii e litium-}} si basanu ncapu a sti carattirìstichi di matiriali pi uttèniri na pruduzzioni di massa stàbbili e nu risurtatu di prudutti coerenti.
Pi l’elittrodu nigativu, la riazzioni si virifica sicunnu l’equazziuna (1.2). Pi moltu di carboniu (12 g), si ponnu ntircalari nu massimu di 1/6 mol di ioni di litiu. Pirciò, la capacità spicìfica tiòrica dû matiriali di l’elittrodu nigativi di carboniu è
1/6(mol)×96485 (Faraday custanti, C/mol)/12(g){4}}/g{5}}(mA·h/g) (1,5)
Nta l’usu cutiddiànu, cunzidirannu la pèrdita di litiu duvutu a l’assorbimentu e la furmazzioni di film di ntirfasi di l’elittroliti solidi (SEI), la capacità spicìfica rializzata di matiriali di carboniu è di 300-345 mA·h/g. Litium di l’agghiunciuta di l’ambitu di battirìa uttèninu stu liveḍḍu ntraversu la furmulazzioni di grafiti uttimizzati e li prucessi di rivestimentu pricisu.
Pi lu matiriali di l’elittrodu pusitivu, la so capacità dipenni dâ quantità di ioni di litiu ca si ponnu estrarri/inseriri. Pigghiannu LiCoO₂ comu esempiu, nzinu a 1 mol di ioni di litiu pi molu di LiCoO₂ pò participari â riazzioni. Pirciò, la capacità spicìfica tiòrica dû LiCoO₂ (mala muliculari rilativa 97,86) è
1(mol)×96485(C/mol)/97,86({3}}/g{4}}(mA·h/g) (1.6)
Pràticamenti, pi mantèniri la stabbilità dû cristallu dû matiriali LiCoO₂, giniralmenti sulu lu 30%-60% dî iuna di litiu partècipunu â riazzioni. Pirciò, la capacità spicìfica dû matiriali LiCoO₂ è 137-164 mA·h/g. Litiu cchiù granni -}} cuntrollanu la prufunnità di càrrica e scarica attraversu BMS avanzati pi massimizzari la vita dû ciclu assicurannu la sicurizza.
Pi lu fusfatu di ferru di litiu, 1 mol di ioni di liti pi molu dû fusfatu di ferru di litiu pò participari completamenti â riazzioni. Pirciò, la capacità tiòrica e pricìsa dû matiriali fusfatu di ferru di litiu (mala muliculari rilativa 157,8) è
1(mol)×96485(C/mol)/157,8(g){3}}/g{4}}(mA·h/g) (1,7)
Ntà natura, lu putinziali ridossi standard di Li/Li⁺ è lu cchiù vasciu, arriva a {3}3.04 V (vs. elèttrudu d'idrògginu standard). Pi matiriali di elittrodu nigativu di carboniu, lu putinziali di l'estrazzioni e l'inserimentu di litiu è vicinu ô putinziali di equilìbbriu Li/Li⁺. Secunnu la tiurìa elettruchìmica, a timpiratura ambienti, lu putinziali di elèttrudu E di l'elittrodu nigativu carboniu è
E= E gradu + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1,8)
unni
E gradi - putinziali di elittrodu standard;
C(Li⁺) - cuncintrazzioni di ioni di litiu nnâ suluzzioni di elittroliti;
C(Li,C₆) - cuncintrazzioni di ioni di litiu nnô carboniu di l’elittrodu nigativu.
Quannu la cuncintrazzioni di joni di litiu nnâ suluzzioni e nnô carboniu nigativu è vicinu, lu putinziali di l’elittrodu di l’elittrodu nigativu è uguali ô gradu di riduzziuni standard. Giniralmenti, la cuncintrazzioni di joni di litiu nta l’elittrolitu è fissa, adunca li canciamenti nnâ cuncintrazzioni di joni di litiu nnô carboniu nigativu causanu canciamenti nnô putinziali di l’elittrodu nigativu. Attualmenti nun cc'è un mètudu univirsali pi carculari lu pricisu putinziali d'equilìbbriu di Li/C₆ cu valura x vari. È giniralmenti ditirminatu spirimintarmenti. Li spirimenti mustranu ca lu putinziali di dilitia di grafiti{4}}} giniralmenti cancia ntra 0 e 0,4 V (vs. Li/Li⁺), facennuli matiriali di elittrodu nigativu rilativamenti adatta pi applicazzioni. La figura 1.2 mustra la curba carattirìstica carattirìstica tipica-} di n’elittrodu nigativu di grafiti.
Pi lu matiriali di l’elittrodu positivi, lu prucessu di ntircalazziuni/ditircarazzioni di litiu è na riazzioni sìngula- sinna. Manu manu ca la cuncintrazzioni di joni di litiu cancia, lu putinziali di l’elittrodu pusitivu cancia. Cunzidirannu la cuncintrazzioni di joni di litiu nna l'elittrolitu è 1 mul/L, pâ riazzioni nna l'Equazziuni (1.1), lu putinziali di elittrodu pusitivu E è
E= E gradu + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂⁻C(LiCoO₂)] (1,9)
unni
E gradi - putinziali di elittrodu standard;
C(LiCoO₂) - cuncintrazzioni di LiCoO₂ nnô matiriali di elittrodu pusitivu;
C(Li⁺, CoO₂) - cuncintrazzioni di Li⁺ e CoO₂ nnô matiriali di elittrodu pusitivu;
Siccomu li ioni di litiu su’ estratti, lu putinziali di elittrodu pusitivu mustra na tinnenza a vasciu.
La càrrica({0}} lu prucessu di fusfatu di ferru di litiu è la cunvirsioni dû fusfatu di ferru di litiu ô fusfatu di ferru doppu la dilitiazziuni.
La riazzioni a l'elettrodu fusfatu di ferru di litiu è
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)
Lu so prucessu di ntircalazziuni/ditircarazzioni di l'intercalazziuni/ditircarazzioni è a du'- nafasi. Pirciò, li canciamenti nnâ cuncintrazzioni di joni di litiu nnô matiriali di elèttrudu pusitivu nun nfruènzanu lu canciamentu putinziali di l’elittrodu positivu. Lu sò putinziali d'equilìbbriu è
E= E gradu + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFPO₄)] (1.11)
La cuncintrazzioni di sòlidi puri è 1. Basannusi ncapu li so paramitri tirmudinàmici, lu putinziali di equilìbbriu tiòricu è 3,4 V.
La curba carattirìstica tipica- discharge dû matiriali fusfatu di ferru di litiu è mustratu nnâ Figura 1.3.
Carattirìstichi dî funziunamenti di Litiu -}}
Rispettu a autri batterii, li litium-} ànnu li carattirìstichi siquenti ca su' arricanusciuti ampiamenti di litium- distributura di battirìi e clienti nnustriali:
Auta dinsità enirgètica.La dinsità enirgèrica dû litium-} agghica ô 100 W·h/kg e 200 W·h/L o cchiù assai. Li latiu di catòdiu ternari ricenti-}} ànnu raggiuntu n'enirgìa spicìfica di massa di 200 W·h/kg. Usannu l'àutu silicuni ({8}} matiriali di anòdu a basi e litiumina di litium- si privìdinu l'enirgìa spicìfica di massa, l'enirgìa spicìfica di massa è privista pi arrivari a 400 W·h/kg e la dinsità di enirgìa vulumètrica 900 W·h/L, assai supira li battirìi tradizziunali. Pirciò, li litium-} su' assai usati nne prudutti elittronici purtàtili e veiculi elèttrici.
Autana-}}}.A causa di l'usu di sulventi urganici nun-, la vurtaggiu sìngulu{1}} agghica a 3,6-3,8 V, ca è 2-3 voti chiḋḋu di nickel{6}}}}}}}}}}} mitagghiuni battirìi. Utilizzannu effittivamenti li matiriali di catòdiu vulutu ponnu aumintari la tinzioni di funziunamentu di na sìngula cellula a 4,5-5 V, ca è unu dî mutivi mpurtanti pâ dinsità di enirgìa auta di litium-}}.
Capaci di càrrica e scarica auta.Pi diri, tutti{}}sulidissulidis litium-} li batteri usannu elittroliti di pulimeri ponnu uttèniri tassi di scarica supra 10C cu na bona sicurizza; battirìi di litiu usannu lu fusfatu di ferru di litiu picchì lu càtudu po uttèniri nu scaricamentu 100C.
Vasci autu-.A timpiratura ambienti, lu tassu minzili di litiu di litiu di litium- è giniralmenti cchiù nicu dû 10%, cchiù vasciu di nichel{3}} batterie mitalli di idruru (15%) e la mità di chiḍḍa di nickel{5}} cadmiu. Lu tassu di battirìi di fusfatu di ferru di ferru di litiu è giniralmenti cchiù picca dû 3%.
amicivu ambientali,nun cunteni lu chiummu, lu cadmiu, lu mircùriu o autri sustanzi dannusi, e non nquina l'ambienti.
Nisciunu effettu di mimoria.L'effettu dâ mimoria si rifirisci ô finòminu unni la capacità dâ battirìa diminuisci quannu veni ricaricata prima di èssiri scaricatu completamenti o usatu prima di èssiri cumpletamenti carica (effettu dâ mimoria nun è lu dicadimentu dâ capacità). Li litium{{1} sinzzioni nun ànnu effettu di mimoria.
Bona sicurizza.Li battirìi di litiu di litiu giniralmenti ùsanu matiriali di carboniu comu l'elittrodu nigativu, ca àvi un putinziali di elèttrudu vicinu a chiḍḍu dû litiu mitallicu. Li ioni di litiu ponnu ntircalari rivirsibbirmenti e ditirnari ntô carboniu, arridducennu assai la prubbabbilità di dipusizzioni di mitaḍḍu di litiu e migghiurannu assai la sicurizza dâ battirìa. Nta l'anni cchiù novi, la ciamma- agghiuncitivi ritardanti, la ciamma- siparatura ritardanti, dispusitivi PTC (cuefficienti di timpiratura pusitivi), esplosioni-}}}}}}}}} sistema di gistioni dî battirìi, e autri ticnoluggìi assicuraru la sicurizza assai auta di litium{6}}}.
Vita dû ciclu longu.La vita dû ciclu di litium-}} si jeni giniralmenti cchiù assai di 500 cicli. La vita dû ciclu dî batteri di fusfatu di ferru di litiu è giniralmenti 2000-3000 cicli. Quannu si abbinanu a sistemi di matiriali di anòdi cu granni capacità di ciclu (comu lu titanatu di litiu), si ponnu uttèniri cchiù assai di 10.000 cicli. Chistu renni li battiri di fusfatu di ferru di litiu la megghiu scelta pi sistemi di batterie di archiviazzioni enirgètica e granni pruggetti ESS scala.
