Perché le batterie al litio realizzate con materiali diversi hanno tensioni diverse?

Differenza di potenziale dell'elettrodo

La tensione in una batteria al litio è determinata dai potenziali degli elettrodi dei materiali utilizzati. Le differenze nei potenziali degli elettrodi determinano variazioni nella tensione della batteria. L'elettrodo positivo di una batteria agli ioni di litio è tipicamente costituito da ossido metallico di litio, mentre l'elettrodo negativo è costituito da materiali come grafite o nanotubi di carbonio. Durante la carica e la scarica, si verificano reazioni redox tra gli elettrodi positivo e negativo, generando tensione. Le differenze nei potenziali redox dei vari materiali determinano tensioni di batteria diverse.

Differenze di tipo di materiale

Diversi tipi di batterie al litio, come le batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4), le batterie al litio ternarie e le batterie all'ossido di litio cobalto (LiCoO2), hanno tensioni diverse a seconda dei materiali utilizzati. Ad esempio, la tensione nominale di una batteria al litio ferro fosfato è di 3,2 V, mentre la tensione nominale di una batteria al litio ternaria e di una batteria all'ossido di litio cobalto è di 3,7 V. Ciò è dovuto principalmente alla differenza dei materiali degli elettrodi positivi, che causa variazioni del potenziale elettrochimico, con conseguenti tensioni di batteria diverse.

Influenza degli elettroliti

Sebbene i diversi tipi di batterie al litio utilizzino elettroliti a base di sali di litio, la tensione complessiva della batteria può comunque variare a causa delle differenze nei materiali degli elettrodi positivo e negativo. L'elettrolita svolge un ruolo chiave nella conduzione degli ioni all'interno della batteria e le sue proprietà possono influenzare le prestazioni di tensione della batteria.

Di seguito sono riportate le tensioni nominali dei vari tipi di batterie al litio:

• Litio Ferro Fosfato (LiFePO4): 3,2 V
• Batteria al litio ternaria (NCM/NCA): 3,7 V
• ossido di litio e cobalto (LiCoO2): 3,7 V
• Ossido di litio e manganese (LiMn2O4): 3,7 V
• Litio Nichel Manganese Cobalto (LiNiMnCoO2): 3,6 V – 3,7 V
• Titanato di litio (Li4Ti5O12): 2,4 V
• Polimero di litio (LiPo): 3,7 V
• Ossido di litio, nichel, cobalto e alluminio (NCA): 3,6 V – 3,7 V
• Litio fosfato manganese (LiMnPO4): 3,2 V
• Batteria agli ioni di sodio (Na-ion): 3,0 V – 3,3 V
• Batteria al litio allo stato solido: 3,7 V (varia a seconda della chimica)

Si tratta dei voltaggi nominali tipici, anche se i voltaggi effettivi possono variare leggermente in base alla composizione chimica, al design e al produttore della batteria.

Conclusione

I diversi tipi di batterie al litio hanno tensioni nominali variabili, influenzate principalmente dai materiali utilizzati per anodo, catodo ed elettrolita. Ad esempio, le batterie LiFePO4 hanno una tensione di 3,2 V, mentre le batterie ternarie e LiCoO2 hanno in genere 3,7 V. La scelta del tipo e della tensione di batteria corretti è fondamentale per ottimizzare le prestazioni e garantire la sicurezza.