Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea
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3.2.2 Materiali cato<strong>di</strong>ci.<br />
Attualmente i materiali più promettenti <strong>per</strong> la costruzione del catodo (elettrodo positivo) sono<br />
ossi<strong>di</strong> <strong>di</strong> Mn, Ni, Co, i quali presentano una struttura cristallina piuttosto a<strong>per</strong>ta con canali e<br />
spazi all’ interno dei quali si inseriscono facilmente gli <strong>ioni</strong> <strong>di</strong> <strong>litio</strong>, ma presentano minore<br />
affidabilità e sicurezza rispetto al Ferro Fosfato.<br />
La tecnologia delle <strong>batterie</strong> al <strong>litio</strong> è ancora in fase <strong>di</strong> sviluppo: le ricerche si sono focalizzate<br />
principalmente sullo sviluppo <strong>di</strong> materiali cato<strong>di</strong>ci. I materiali cato<strong>di</strong>ci tipicamente hanno<br />
capacità <strong>di</strong> accumulare carica (in forma <strong>di</strong> <strong>litio</strong>), <strong>per</strong> unità <strong>di</strong> massa e <strong>di</strong> volume, che è<br />
significativamente inferiore a quella dei materiali <strong>di</strong>sponibili <strong>per</strong> formare l’elettrodo positivo.<br />
Quin<strong>di</strong> i maggiori miglioramenti <strong>di</strong> prestaz<strong>ioni</strong>, in termini <strong>di</strong> più gran<strong>di</strong> densità <strong>di</strong> energia e <strong>di</strong><br />
potenza, devono essere ottenuti dallo sviluppo dei materiali cato<strong>di</strong>ci.<br />
Diossido <strong>di</strong> Cobalto<br />
Il <strong>di</strong>ossido <strong>di</strong> cobalto - LiCoO2 - è stato il materiale cato<strong>di</strong>co più ampiamente usato <strong>per</strong> molti<br />
anni. Esso ha buona capacità <strong>di</strong> accumulare gli <strong>ioni</strong> <strong>litio</strong>, buona reversibilità elettrochimica,<br />
fornisce una densità <strong>di</strong> energia ed un numero <strong>di</strong> cicli moderati. Ha adeguata stabilità chimica<br />
ed una buona stabilità termica, anche se è meno termicamente stabile rispetto ad altri ossi<strong>di</strong><br />
metallici o al fosfato e ciò lo rende altamente combustibile in caso <strong>di</strong> estreme con<strong>di</strong>z<strong>ioni</strong><br />
d’abuso: la penetrazione <strong>di</strong> una cella o valori <strong>di</strong> corrente troppo alti, possono generare un<br />
aumento incontrollato <strong>di</strong> tem<strong>per</strong>atura o anche l’incen<strong>di</strong>o. Inoltre è relativamente più costoso<br />
<strong>per</strong> kWh <strong>di</strong> energia accumulata rispetto ad altri ossi<strong>di</strong>. Queste caratteristiche lo rendono non<br />
attraente <strong>per</strong> l’uso nei veicoli elettrici ed ibri<strong>di</strong>.<br />
Ferro Fosfato<br />
La tecnologia basata sul ferro fosfato - LiFePO4 – denominato LFP, possiede una elevata<br />
stabilità termica e chimica che fornisce caratteristiche <strong>di</strong> maggior sicurezza rispetto alle altre<br />
tecnologie <strong>litio</strong>-ione. Le celle ferro fosfato sono incombustibili nell’eventualità <strong>di</strong> errori <strong>di</strong><br />
gestione durante la carica o scarica, sono più stabili in con<strong>di</strong>z<strong>ioni</strong> <strong>di</strong> sovraccarica o <strong>di</strong> corto<br />
circuito e possono resistere ad alte tem<strong>per</strong>ature. Quando avviene un abuso, il materiale<br />
cato<strong>di</strong>co a base <strong>di</strong> fosfato non rilascia ossigeno, non brucia ed è molto meno suscettibile ad un<br />
aumento incontrollato della tem<strong>per</strong>atura.<br />
Le celle ferro fosfato hanno una densità <strong>di</strong> energia inferiore a quelle al cobalto. In compenso<br />
possono sopportare più alte correnti e quin<strong>di</strong> più alte potenze, offrono una vita più lunga e<br />
costituiscono un significativo miglioramento in termini <strong>di</strong> costo, sicurezza e tossicità.<br />
Ossido <strong>di</strong> Manganese Spinello<br />
L’ossido <strong>di</strong> manganese (LiMn2O4 o, più propriamente, LixMn2-xO4), denominato LMO, ha<br />
struttura a spinello. Rispetto alle chimiche basate sul cobalto è termicamente e chimicamente<br />
più stabile, in virtù della stabilità intrinseca della sua struttura cristallina, ed anche la potenza<br />
è su<strong>per</strong>iore, grazie alla migliorata capacità d’inserzione dello ione <strong>litio</strong> nella struttura. Invece la<br />
densità <strong>di</strong> energia e la ciclabilità sono inferiori. Il Manganese, a <strong>di</strong>fferenza del cobalto, è un<br />
materiale cato<strong>di</strong>co sicuro e rispettoso dell’ambiente. Altri benefici includono costi più bassi, che<br />
renderanno l’LMO attraente se avranno successo gli sforzi <strong>per</strong> stabilizzare il materiale contro la<br />
<strong>di</strong>ssoluzione elettrochimica del manganese nell’elettrolita.<br />
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