{"id":15607,"date":"2022-12-28T14:54:40","date_gmt":"2022-12-28T06:54:40","guid":{"rendered":"https:\/\/manlybattery.com\/?p=15607"},"modified":"2023-12-28T14:57:19","modified_gmt":"2023-12-28T06:57:19","slug":"3-innovazioni-principali-nelle-batterie-al-litio-a-bassa-temperatura","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/manlybattery.com\/it\/3-top-low-temperature-lithium-battery-breakthroughs\/","title":{"rendered":"Le 3 principali innovazioni nelle batterie al litio a bassa temperatura"},"content":{"rendered":"

Le 3 principali innovazioni nelle batterie al litio a bassa temperatura<\/h1>\n

Introduzione alle esigenze delle batterie al litio a bassa temperatura<\/strong><\/h2>\n

Con il rapido progresso tecnologico, la domanda di batterie al litio a bassa e bassissima temperatura sta diventando sempre pi\u00f9 critica in ambienti ostili come gli altipiani ad alta quota, gli oceani profondi, le regioni polari e le aree estremamente fredde come lo spazio. Le batterie al litio tradizionali sono inadeguate per l'accumulo e il rilascio di energia in queste condizioni di temperatura estreme.<\/p>\n

La graduale eliminazione dei sussidi per i veicoli a energia rinnovabile e l'accelerazione della costruzione di stazioni base 5G da parte dei principali operatori di telecomunicazioni hanno aumentato significativamente la domanda di batterie agli ioni di litio a bassa temperatura ed economiche. Nel 2021, le installazioni di batterie per l'energia elettrica a livello nazionale hanno raggiunto i 159,6 GWh. Tuttavia, nelle regioni settentrionali con condizioni invernali estreme, l'autonomia dei veicoli a energia rinnovabile \u00e8 gravemente compromessa. Pertanto, lo sviluppo batterie al litio a bassa temperatura<\/a><\/strong> L'idoneit\u00e0 agli ambienti freddi \u00e8 fondamentale. Per le stazioni base 5G, le batterie al litio ferro fosfato a bassa temperatura hanno ottenuto il riconoscimento del settore per il loro decisivo vantaggio competitivo, con l'inevitabile passaggio dalle batterie al piombo-acido alle batterie al litio ferro fosfato per l'alimentazione di backup delle torri di trasmissione dei segnali.<\/p>\n

La temperatura influenza i processi di trasferimento di massa e di trasferimento di carica nelle batterie agli ioni di litio durante la carica e la scarica. A basse temperature, il rallentamento della cinetica degli ioni di litio \u00e8 il fattore pi\u00f9 critico che influenza le loro prestazioni elettrochimiche. La conduttivit\u00e0 ionica dell'elettrolita diminuisce, rendendo pi\u00f9 difficoltosa la solvatazione\/desolvatazione degli ioni di litio, riducendo significativamente la velocit\u00e0 di migrazione degli ioni di litio all'interno del materiale attivo dell'elettrodo e all'interfaccia solido-liquido. Questi fattori portano a un grave degrado delle prestazioni della batteria. Inoltre, la superficie dell'anodo \u00e8 soggetta a placcatura in litio e crescita di dendriti, causando guasti alla batteria e rischi per la sicurezza. Per affrontare questi problemi, i ricercatori hanno migliorato le prestazioni delle batterie al litio a bassa temperatura modificando i materiali del catodo e dell'anodo, regolando i componenti dell'elettrolita e le strutture dei solventi e progettando efficaci sistemi di gestione termica della batteria (BTMS), rendendoli adatti ad ambienti a basse temperature difficili.<\/p>\n

\"batteria<\/p>\n

Stato attuale della ricerca sulle batterie al litio a bassa temperatura<\/strong><\/h2>\n

1.1 Modifica dei materiali catodici<\/strong><\/h3>\n

A basse temperature, le principali cause della ridotta capacit\u00e0 dei materiali catodici includono una minore conduttivit\u00e0 elettronica, ridotte velocit\u00e0 di migrazione degli ioni di litio e cinetiche di intercalazione\/deintercalazione degli ioni di litio pi\u00f9 lente rispetto alla temperatura ambiente. Il miglioramento delle prestazioni degli ioni di litio a basse temperature pu\u00f2 essere ottenuto in modo significativo modificando i materiali catodici attraverso strategie come il drogaggio ionico in massa o in superficie per migliorare la velocit\u00e0 di migrazione degli ioni di litio o la conduttivit\u00e0 elettronica, impiegando nanomateriali al carbonio per formare strutture conduttive multidimensionali, modificando con conduttori ionici per aumentare sia la conduttivit\u00e0 elettronica che quella ionica e ottimizzando la struttura cristallina per ridurre la distanza di diffusione interna degli ioni di litio e quindi migliorare la cinetica di intercalazione e deintercalazione degli ioni di litio.<\/p>\n

1.2 Modifica dei materiali anodici<\/strong><\/h3>\n

A basse temperature, i materiali anodici subiscono una riduzione della velocit\u00e0 di migrazione degli ioni di litio, rendendo pi\u00f9 difficile la desolvatazione degli ioni di litio, aumentando l'impedenza di trasferimento elettrochimico e diminuendo la capacit\u00e0 di intercalazione degli ioni di litio, con conseguente polarizzazione dell'elettrodo. Il litio non intercalato \u00e8 soggetto a placcatura sull'anodo, aggravando ulteriormente la crescita dei dendriti di litio, l'ispessimento del film SEI e l'essiccazione dell'elettrolita, causando infine una riduzione della capacit\u00e0 e delle prestazioni cicliche della batteria agli ioni di litio. La grafite viene utilizzata principalmente come materiale anodico, ma vengono impiegati anche materiali con elevato plateau di carica e tensione di taglio come Li4Ti5O12 e carbonio duro per evitare la placcatura del litio a basse temperature. I ricercatori migliorano principalmente le prestazioni a bassa temperatura delle batterie agli ioni di litio mediante drogaggio, preparazione di elettrodi nanocompositi (inclusa l'aggiunta di materiali nanocarbonetici, nanomateriali con rivestimento in carbonio e altri elettrodi nanocompositi), modificando gli elettrodi di grafite e sviluppando nuovi materiali anodici.<\/p>\n

1.3 Composizione dell'elettrolita e regolazione della struttura del solvente<\/strong><\/h3>\n

L'elettrolita influisce sulla mobilit\u00e0 degli ioni di litio e partecipa alla formazione del film di interfaccia elettrolitica solida (SEI), fondamentale per le prestazioni elettrochimiche di una batteria a basse temperature. La viscosit\u00e0 e il grado di solvatazione influenzano significativamente la mobilit\u00e0 degli ioni di litio. Gli elettroliti nelle batterie al litio a bassa temperatura dovrebbero possedere un'elevata conduttivit\u00e0 ionica e una bassa viscosit\u00e0, pur mantenendo la necessaria stabilit\u00e0 alle basse temperature. I carbonati ciclici come il carbonato di etilene (EC) sono vantaggiosi per la formazione di uno strato SEI stabile, ma presentano viscosit\u00e0 e punti di fusione pi\u00f9 elevati. L'aggiunta di carbonati lineari, esteri o eteri con viscosit\u00e0 e punti di fusione inferiori attraverso una strategia di cosolvente aiuta a mantenere l'elettrolita allo stato liquido a basse temperature. Tuttavia, \u00e8 fondamentale bilanciare il punto di infiammabilit\u00e0 ridotto degli elettroliti dopo l'aggiunta di carbonati lineari a bassa viscosit\u00e0 per garantire la stabilit\u00e0 termica. Nonostante la minore conduttivit\u00e0 ionica e la maggiore viscosit\u00e0, gli elettroliti ad alta concentrazione sono preferiti, perch\u00e9 hanno una minore impedenza di trasferimento di carica, migliori prestazioni di velocit\u00e0 e maggiori capacit\u00e0 a bassa temperatura.<\/p>\n

2. Ricerca e sviluppo di nuovi sistemi di batterie al litio a bassa temperatura<\/strong><\/h2>\n

Sebbene siano stati compiuti alcuni progressi nelle prestazioni a bassa temperatura delle batterie agli ioni di litio, la ricerca innovativa su nuovi sistemi di batterie al litio a bassa temperatura \u00e8 stata relativamente scarsa. I conduttori superionici, noti per la loro eccellente conduttivit\u00e0 ionica, possono migliorare efficacemente la velocit\u00e0 di migrazione degli ioni di litio, offrendo nuove prospettive per migliorare le prestazioni a bassa temperatura delle batterie al litio.<\/p>\n

Nel 2011, il gruppo di ricerca Kamaya in Giappone ha sviluppato un nuovo tipo di materiale conduttore superionico a base di solfuro inorganico, Li10GeP2S12, che vanta un'elevatissima conduttivit\u00e0. Presenta una tensione di decomposizione superiore a 5 V e una conduttivit\u00e0 agli ioni di litio di 12 mS\/cm a temperatura ambiente (27 \u00b0C), che eguaglia e persino supera i tradizionali elettroliti liquidi organici. Sorprendentemente, anche a -40 \u00b0C, la sua conduttivit\u00e0 ionica pu\u00f2 raggiungere 0,41 mS\/cm, dimostrando la migliore conduttivit\u00e0 tra i vari conduttori superionici, in particolare in condizioni di bassa temperatura, dove le sue prestazioni superano di gran lunga quelle degli elettroliti organici.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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