Ora che i veicoli elettrici stanno prendendo il controllo delle nostre strade, sempre più persone si interessano alla tecnologia alla base di questi veicoli. I veicoli elettrici sono dotati di tonnellate di tecnologia entusiasmante. Nei veicoli elettrici di oggi puoi trovare di tutto, dai freni rigenerativi alla ricarica rapida avanzata.
Ma, a parte i motori elettrici, il componente più importante di un veicolo elettrico è la sua batteria. La batteria al litio nella maggior parte dei veicoli elettrici è anche una delle parti più controverse di un veicolo elettrico. Continua a leggere per scoprire come le batterie agli ioni di litio nei veicoli elettrici aiutano a far avanzare queste macchine avanzate.
Perché le batterie agli ioni di litio sono importanti?
Le batterie agli ioni di litio sono al centro della rivoluzione dei veicoli elettrici. Queste batterie offrono una grande densità di energia, soprattutto rispetto a batterie al piombo, che sono molto più pesanti se si desidera ottenere una capacità comparabile. Le batterie agli ioni di litio sono ideali anche per l'uso nei veicoli elettrici perché possono essere ricaricate molte volte, il che è essenziale per l'uso in veicoli elettrici che richiedono lunghi cicli di carica/ricarica nel corso della loro vita utile. Un altro motivo per cui le batterie agli ioni di litio sono su tutte le notizie è l'impatto ambientale causato dall'estrazione di queste batterie.
Per tutta la vita di un veicolo elettrico, grazie alle sue emissioni zero dallo scarico, i veicoli elettrici sono molto puliti. Ma l'impatto iniziale dell'estrazione dei materiali che entrano nella batteria agli ioni di litio di un veicolo elettrico è costoso per l'ambiente. Non solo questo, ma molte persone si preoccupano delle condizioni che molti lavoratori di queste miniere devono affrontare quotidianamente. Per questo motivo, il riciclaggio di questi materiali è una priorità enorme per molte delle case automobilistiche attivamente coinvolte nella produzione di veicoli elettrici.
Che cos'è una batteria agli ioni di litio?
Una batteria agli ioni di litio contiene celle che contengono un catodo positivo e un anodo negativo. C'è anche un elettrolita che separa questi due strati e, attraverso reazioni chimiche che liberano elettroni, la batteria può fornire energia elettrica a qualunque cosa sia collegata. La quantità di celle determina la capacità della batteria, misurata in kWh. Nel caso della batteria agli ioni di litio, il litio è uno dei componenti più importanti contenuti nella batteria, e questo perché il litio è molto disposto a rinunciare a un elettrone.
Attraverso le reazioni chimiche che avvengono nell'anodo e nel catodo, la batteria agli ioni di litio può essere caricata e scaricata molte volte. Ciò è dovuto al fatto che queste reazioni chimiche possono essere invertite molte volte. Le batterie agli ioni di litio sono disponibili in molte forme e dimensioni e sono utilizzate in applicazioni così diverse come l'elettronica di consumo e i veicoli elettrici. Ovviamente, le batterie agli ioni di litio di un veicolo elettrico sono molto più grandi di quelle che potresti trovare nel tuo smartphone, ma funzionano comunque secondo gli stessi principi.
Uno dei maggiori vantaggi delle batterie agli ioni di litio è la loro grande densità di energia, che le rende relativamente leggere rispetto ad altre tecnologie di batterie. I produttori devono prestare attenzione durante la progettazione e l'implementazione delle batterie agli ioni di litio nei loro dispositivi perché se l'anodo e il catodo dovessero essere esposti tra loro, queste batterie possono subire reazioni chimiche che potrebbero provocare incendi anche di piccola entità esplosioni.
Anche se le batterie agli ioni di litio stanno facendo un lavoro straordinario nell'alimentare i veicoli elettrici, in futuro dovranno affrontare una sfida batteria a stato solido. Resta da vedere se le batterie allo stato solido possono essere migliorate abbastanza da vedere l'uso tradizionale nella gamma di veicoli elettrici di una grande casa automobilistica.
Come funziona una batteria agli ioni di litio?
La batteria di base agli ioni di litio sfrutta la chimica dei suoi materiali. Queste batterie sono dotate di litio, un metallo desideroso di perdere un elettrone, formando ioni di litio, da cui la batteria prende il nome. Queste batterie sono composte da un elettrodo positivo chiamato catodo, che presenta un ossido di metallo (il cobalto è una scelta comune). Queste batterie dispongono anche di un elettrodo negativo chiamato anodo, che è comunemente fatto di grafite, e la grafite consente al litio di intercalare tra di esso.
Tra il catodo e l'anodo, un elettrolita liquido facilita il movimento degli ioni di litio dall'anodo al catodo. La batteria è inoltre dotata di un separatore poroso, fondamentale per mantenere la sicurezza della batteria, poiché impedisce che l'anodo e il catodo entrino in contatto diretto l'uno con l'altro. Se i due elettrodi della batteria dovessero entrare in contatto diretto, il risultato sarebbe catastrofico. Quando una batteria agli ioni di litio alimenta un dispositivo, il litio intercalato nell'anodo contenente grafite perde un elettrone.
Questo processo crea ioni di litio e un elettrone libero. Gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo tramite l'elettrolita e il separatore poroso. Mentre gli ioni di litio si muovono attraverso il separatore, gli elettroni prendono un percorso diverso che li conduce attraverso il dispositivo elettronico che deve essere alimentato. Una volta attraversato il dispositivo, gli elettroni finiscono al catodo. Quando la batteria deve essere ricaricata, il processo praticamente ricomincia da capo, ma al contrario.
Questo è il motivo per cui le batterie agli ioni di litio sono così ottime per l'uso nei veicoli elettrici, poiché il processo può essere ripetuto molte volte. Quando si carica la batteria agli ioni di litio, il caricabatterie forza gli elettroni fuori dal catodo, fornendo un flusso di elettroni nell'anodo. Ciò provoca l'inversione dell'intero processo chimico che si è verificato mentre la batteria si stava scaricando, con gli ioni di litio che lasciano il catodo e tornano all'anodo. Al termine del processo di ricarica, la batteria è nuovamente pronta per l'uso.
La tecnologia delle batterie per veicoli elettrici continuerà a migliorare
Le batterie dei veicoli elettrici stanno già fornendo ai veicoli elettrici un'autonomia sorprendente e possono essere utilizzate molte volte. Ma ci sono ancora molte cose da migliorare riguardo a questa tecnologia, in particolare il modo in cui le batterie dei veicoli elettrici vengono riciclate una volta raggiunta la fine della loro vita utile. Resta da vedere se la tecnologia agli ioni di litio viene mantenuta abbastanza a lungo da vedere miglioramenti monumentali o sostituita del tutto con tecnologie promettenti come le batterie a stato solido.