Scegliere una Chimica delle Batterie per il Tuo Progetto

Se stai sviluppando un prodotto che necessita di un'alimentazione portatile, potresti immediatamente optare per una popolare batteria al litio polimero o una semplice batteria AA. Tuttavia, è davvero la scelta ottimale per il tuo dispositivo? Esaminiamo la vasta gamma di opzioni disponibili, così come altre considerazioni riguardo alla scelta delle batterie.

Punti critici da considerare

Un aspetto spesso trascurato dagli ingegneri nella scelta della batteria è come il prodotto verrà consegnato all'utente finale. Con le normative di spedizione per le batterie a base di litio, può essere difficile far arrivare un prodotto con batterie al litio polimero al tuo utente finale per posta. Ma spedire batterie non riguarda solo le normative, una batteria al piombo, ad esempio, è molto pesante e potrebbe comportare costi significativi per la consegna a causa del peso. Questi svantaggi possono superare qualsiasi beneficio ottenuto da entrambi i tipi di batterie.

Un'altra considerazione spesso trascurata sono le condizioni ambientali presenti dove il dispositivo viene utilizzato. Se il prodotto verrà utilizzato all'aperto o in un ambiente industriale, potresti trovarlo esposto a temperature molto più basse, o più alte, di quanto alcune chimiche possano sopportare. Quando testi il prodotto nel tuo laboratorio a temperatura ambiente, tutto sembra a posto, poi il prodotto finisce in Canada esposto a -40°C, o in Australia che sperimenta +45°C di temperatura ambiente e all'improvviso, le batterie non si comportano come previsto. Le batterie si basano su reazioni chimiche, che rallentano a -40°C, se l'elettrolita non congela completamente e impedisce alla batteria di funzionare. Nell'esempio australiano, una scatola nera al sole può facilmente raggiungere oltre 70°C. Temperature così elevate possono causare il fallimento di alcune chimiche in modi piuttosto pericolosi.

Se il tuo prodotto deve essere portatile, il volume e il peso della batteria possono giocare un ruolo significativo nella scelta. Gli apparecchi acustici sono un ottimo esempio di ciò, poiché non ti aspetteresti di vedere una batteria al piombo in un apparecchio acustico, almeno non in uno destinato all'uso umano.

Anche la tensione della batteria potrebbe giocare un ruolo significativo nella tua scelta. Se hai bisogno di più celle per raggiungere una tensione pratica per il tuo progetto, il pacco potrebbe diventare troppo ingombrante o impraticabile. Strettamente legata alla tensione è ovviamente la corrente. Alcune batterie sono capaci di correnti molto elevate, mentre altre potrebbero faticare a produrne. Se hai esigenze elevate di corrente per motori, LED luminosi o potenza di elaborazione, potresti escludere immediatamente molte chimiche.

Come esempio di queste considerazioni, tempo fa un mio autopilota sperimentale ha causato lo schianto di un piccolo aereo senza pilota per la fotografia di coltivazioni. Lo schianto è avvenuto in mezzo a un campo che non aveva visto pioggia per 6 mesi, in una giornata ventosa a 42°C (107.6°F). La grande batteria al litio polimero a 4 celle è stata schiacciata, e una cella ha iniziato a fallire. Questo ha causato un effetto a catena attraverso le altre celle fino a quando i gas di ventilazione hanno preso fuoco e hanno incendiato l'erba circostante. Siamo stati fortunati ad avere un'autopompa a disposizione per questa eventualità, altrimenti avrebbe potuto essere un disastro maggiore. Da allora in poi, abbiamo volato solo con celle LiFePO4, poiché non mostrano questa modalità di fallimento a catena e sono molto più stabili. Avevo bisogno della densità energetica di una cella secondaria al litio, ma non della capacità di causare milioni di danni a causa di incendi.

L'incendio potrebbe non sembrare molto, ma se questo fosse accaduto all'estremità più lontana della sua area di volo, vicino agli alberi in lontananza, sarebbe stato un enorme disastro entro il tempo che saremmo stati in grado di raggiungerlo. Ho fatto schiantare decine di aerei testando nuovo hardware/firmware, questa è stata la prima volta che uno ha preso fuoco. Questo dimostra che, nonostante molti test, i casi limite del comportamento delle batterie possono emergere e morderti se la situazione è quella giusta.

Celle Primarie vs Secondarie

Quando cerchi una batteria, devi considerare se una batteria ricaricabile è la scelta giusta o meno. Avere un circuito di ricarica nel tuo dispositivo può essere molto comodo, ma può anche comportare significativi requisiti normativi e approvazioni di sicurezza. Le batterie a base di litio sono sensibili a come vengono caricate e possono causare un disastro infuocato se non trattate bene. Altre chimiche sono felici di essere sovraccaricate senza trasformarsi in un motore a razzo.

Se hai un dispositivo che sarà in magazzino per molto tempo e necessita di incredibile affidabilità quando viene utilizzato, allora probabilmente una batteria ricaricabile non sarà la soluzione che stai cercando. Esempi che potresti aver incontrato includono i Personal Locator Beacons e i Defibrillatori Esterni Automatici.

Quindi, cosa sono una cella primaria o una secondaria? Semplicemente, una cella primaria è ad uso singolo. Le sostanze chimiche nella batteria creano una carica, ma quella reazione non può essere invertita ricaricando la cella. Una cella secondaria permette il riutilizzo mediante la ricarica.

Le celle primarie tipicamente hanno densità energetiche relativamente elevate e vita di stoccaggio rispetto alle loro controparti a cella secondaria. Le celle secondarie possono essere più comode, poiché non hanno bisogno di essere sostituite dopo essere state scaricate, tuttavia, non possono essere conservate in uno stato carico per un lungo periodo di tempo e potrebbero non avere una capacità comparabile per la stessa dimensione di cella a una cella primaria.

Confronto Rapido

Ecco un confronto rapido di quello che considero i fattori importanti per ogni chimica.

Celle Primarie

Per la corrente di scarica, C è la capacità. Quindi una scarica di 0.1C di una batteria da 2500mAh sarebbe 250mAh.

Celle Secondarie

Il Nichel Cadmio è vietato per nuove applicazioni all'interno dell'Europa.

Alcaline

Circa l'80% delle batterie prodotte sono celle alcaline, quindi è probabile che siano la chimica delle batterie a cui sei stato più esposto. Sono celle primarie, il che significa che non sono ricaricabili. Le troverai in molte forme comuni, come le dimensioni lettera (AAA, AA, C, D), le pile a bottone o i pacchi di celle (batteria da 9v). Queste forme comuni non sono esclusive delle batterie alcaline, ma sono la forma più standardizzata in cui troverai una batteria alcalina.

La tensione nominale di una batteria alcalina è di 1,5v. Tuttavia, una batteria nuova può variare da 1,5v a 1,65v a seconda della sua qualità. Una cella completamente scarica avrà una tensione a riposo di circa 0,8v a 1,0v.

Questo intervallo di tensione è abbastanza comodo per la maggior parte dell'elettronica, poiché tre celle con un regolatore a bassissima caduta possono alimentare un dispositivo a 3,3v. Alla fine della capacità della cella, la tensione scenderà ulteriormente, ma la maggior parte degli IC gestirà la tensione più bassa in modo elegante. Tuttavia, dato che le stesse dimensioni delle celle sono utilizzate con celle secondarie che hanno una tensione nominale di 1,2v, un pacco di quattro celle è generalmente il minimo che vorresti utilizzare per alimentare un dispositivo a 3,3v.

La corrente di scarica da una cella alcalina è relativamente bassa, e la capacità utilizzabile è direttamente correlata al carico di corrente. Con un prelievo di 25mA da una cella di dimensione AA, puoi aspettarti circa 2700mAh. Tuttavia, con un carico di 500mA, vedrai solo circa la metà di quella capacità utilizzabile.

Le batterie alcaline non hanno restrizioni per il trasporto aereo e sono disponibili praticamente in ogni negozio di alimentari, negozio di comodità e ferramenta nel mondo, il che rende molto semplice sostituire le batterie esaurite. Il costo delle alcaline di marca può essere piuttosto alto, ma le marche a basso costo e le marche dei negozi possono essere eccezionalmente economiche con pochissima capacità persa, e possono persino avere una capacità maggiore rispetto all'opzione di marca.

Uno degli svantaggi principali delle batterie alcaline è che sono inclini a perdite. Alcune celle di marca sono pubblicizzate come 100% a prova di perdita con garanzia, e a seconda della tua applicazione, potrebbe valere la pena pagare il premio del nome di marca per questo. Le perdite sono causate dal fatto che la batteria si scarica e genera gas idrogeno. Questo gas può causare il fallimento dell'isolamento tra il caso e il cappuccio, o altri dispositivi di sicurezza come i ventilatori ad aprirsi. Una volta che il sigillo è fallito, l'acido fuoriuscirà sotto forma di una crescita cristallina che corroderà la maggior parte dei metalli con cui viene a contatto.

Le batterie alcaline sono facilmente riciclabili, con molti negozi di alimentari e forniture per ufficio in tutto il mondo (soprattutto in Europa) che offrono bidoni per il loro riciclo.

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Litio (Celle Primarie)

Ci sono due principali chimiche delle celle primarie al litio per i consumatori, il diossido di manganese al litio (Li-MnO2) e il disolfuro di ferro al litio (Li-FeS2). Le celle di diossido di manganese al litio hanno una tensione nominale di 3-3,3v e si trovano tipicamente in un imballaggio a bottone. Il disolfuro di ferro al litio si trova più comunemente in celle alcaline di sostituzione ad alta scarica/capacità nelle batterie di dimensioni AAA/AA.

Se lavori nel settore aerospaziale o militare, il carbonato di monofluoruro di litio è un'opzione valida per la bassa autoscarica ad alte temperature, ed è qualificato per applicazioni nello spazio. L'alta densità energetica lo rende ideale per tali applicazioni, tuttavia il suo costo è proibitivo per i prodotti di consumo.

Le batterie al litio di tutte le chimiche sono soggette a restrizioni per il trasporto aereo. Alcune compagnie aeree, corrieri e servizi postali non le trasportano affatto, o possono limitare il trasporto a batterie installate in apparecchiature per consumatori. Purtroppo, ciò non deriva da un eccesso di precauzione; diversi aerei da trasporto sono stati persi a causa di incendi sia di celle primarie che secondarie al litio quando le celle erano imballate male o erano difettose. Ci sono stati numerosi incidenti di incendio che coinvolgono batterie al litio, che puoi trovare se cerchi negli archivi della NTSB e della CTSB.

Diossido di Manganese al Litio

Questa chimica di cella al litio è la più comune sul mercato. È probabile che le trovi ad alimentare orologi o batterie per orologi in tempo reale a causa della loro bassa autoscarica e alta densità energetica. A temperature elevate, il tasso di autoscarica aumenta rapidamente, rendendole più adatte ad applicazioni a temperatura ambiente.

La tensione nominale della cella è di 3,0v, ma una cella nuova offrirà una tensione a circuito aperto di circa 3,3v. Una volta completamente scaricata, la cella avrà una tensione a circuito aperto di circa 2,0v. In una cella da 2500mAh, i tassi di scarica tra 5mA e 100mA hanno un effetto trascurabile sulla capacità utilizzabile. Tuttavia, sotto un carico di 200mA, la cella avrà solo 1700mAh di carica utilizzabile, e sotto un carico di 300mA, questa scende a circa 1300mAh. Le celle di diossido di manganese al litio gestiscono bene brevi impulsi di alta corrente, ma non un carico continuo. La loro corrente utilizzabile varia anche significativamente con la temperatura. Ad esempio, a 60°C, un carico di 40mA sulla cella da 2500mAh precedentemente menzionata permetterà di consumare tutti i 2500mAh, ma a 0°C, questa cifra scende a circa 2200mAh. Scende ulteriormente rapidamente tra -10°C e -20°C, da 1800mAh a poco più di 1000mAh.

Le dimensioni più comuni delle celle a bottone sono facilmente disponibili in tutto il mondo nei negozi di comodità e alimentari. Purtroppo, queste possono anche trovarsi accanto alle sostituzioni alcaline nella stessa confezione, che sono più economiche. Un utente finale potrebbe inconsapevolmente utilizzare una cella alcalina come sostituzione che potrebbe causare il malfunzionamento del tuo dispositivo rispetto alle specifiche se richiedi impulsi di scarica elevati o la capacità molto maggiore della cella al litio.

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Disolfuro di Ferro al Litio

Se cerchi una batteria per temperature molto basse, poche possono competere con una batteria al litio ferro disolfuro. Queste si trovano comunemente come celle Energizer Lithium/Lithium Advanced AAA o AA. Il prezzo per wattora è molto alto per queste celle, rispetto a una batteria alcalina. Tuttavia, se l'applicazione richiede una lunga durata di servizio, o sarà difficile sostituire le batterie scariche, potrebbero essere l'unica opzione praticabile. Ho usato queste in un'applicazione che richiedeva prestazioni a -50°C, e sono state l'unica batteria che ha funzionato.

Queste celle hanno una tensione nominale di 1.5v con una tensione a circuito aperto completamente carica di circa 1.7v. Quando completamente scariche, la cella scenderà a circa 0.8v a circuito aperto. Oltre alle capacità a bassa temperatura di queste batterie, gestiscono eccezionalmente bene anche tassi di scarica continua relativamente alti. Una cella Energizer Ultimate Lithium in formato AA ha quasi il doppio della capacità di una cella alcalina, e soprattutto, questa capacità si riduce appena sotto un carico di 1amp. Sotto un carico di 1amp, la cella manterrà quasi tutta la sua capacità di 3500mAh, dove una batteria alcalina avrebbe meno di 1/3 della sua capacità nominale a bassa corrente utilizzabile.

Troverai queste celle nella maggior parte dei grandi negozi in tutto il mondo. I piccoli negozi di comodità non le avranno sempre a causa del loro costo relativamente alto.

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Ossido di Zinco

Talvolta chiamata batteria a zinco-aria, troverai queste batterie in un numero limitato di dimensioni. Principalmente, queste batterie sono utilizzate negli apparecchi acustici e hanno una capacità enorme, ma una volta attivate hanno una vita molto breve. Le batterie a zinco-aria hanno un adesivo su un lato della cella per impedire l'ingresso dell'aria. L'ossigeno nell'aria forma il catodo, quindi una volta rimosso l'adesivo la batteria può funzionare. L'anodo della batteria è saturato con un elettrolita che attirerà l'umidità atmosferica e diminuirà in efficacia, oltre a reagire con l'anidride carbonica che riduce la sua conducibilità. Queste proprietà conferiscono alle celle una vita utile di circa 7 a 12 giorni una volta esposte, indipendentemente dall'uso. Se hai un'applicazione che consente frequenti cambi di batteria con un fattore di forma molto piccolo, questa batteria potrebbe essere adatta a te.

Le batterie a ossido di zinco hanno una tensione nominale di 1.4v, e avranno una tensione a circuito aperto di circa 1.05v quando completamente scariche. Sebbene la chimica abbia la densità energetica più alta sul mercato, il tasso di scarica è piuttosto limitato. Energizer considera un impulso di 24mA ogni 2 ore, con uno scarico continuo di 8mA sulla cella, come scarico elevato, e con un prelievo di 5mA come standard su una cella da 600mAh. La capacità di scarica dipende anche fortemente dalla temperatura, con la reazione chimica che non è pratica al di sotto di circa -10⁰C.

Puoi acquistare batterie per apparecchi acustici nella maggior parte dei negozi che vendono qualsiasi tipo di batteria, e nelle farmacie in tutto il mondo. La pronta disponibilità di queste batterie potrebbe renderle molto attraenti nonostante la breve vita utile.

Ossido di Argento

Troverai le batterie a ossido d'argento solo in forma di cella a bottone e sono relativamente costose. Le batterie alcaline delle stesse dimensioni e tensione sono facilmente disponibili, tuttavia hanno una capacità significativamente inferiore. Se hai bisogno di una soluzione compatta, a bassa corrente che fornisca anni di durata del servizio e alta capacità, potresti considerare una batteria a ossido d'argento.

La tensione nominale è leggermente superiore a quella di una cella alcalina, a 1,55v, e la cella può essere scaricata fino a 1,2v. La capacità diminuisce in modo lineare dalla temperatura ambiente fino a -20⁰C, dove la cella ha circa il 50% della sua capacità utilizzabile a temperatura ambiente. Una batteria a ossido d'argento ha prestazioni di scarica estremamente basse, con la maggior parte dei datasheet che forniscono curve di scarica per soli 0,2mA, senza dimostrazione della capacità di carico pulsato.

Le batterie a ossido d'argento sono più difficili da trovare rispetto alle batterie alcaline della stessa dimensione. Cercando nei negozi locali nel Regno Unito, sono stato in grado di trovare solo batterie alcaline e a bottone al litio. Sono facilmente disponibili online, ma probabilmente non sono qualcosa che potrai acquistare come una cella di ricambio mentre fai la spesa.

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Piombo Acido

Le batterie al piombo acido sono molto economiche per wattora, ma sono piuttosto ingombranti e molto pesanti. Le troverai comunemente in automobili e sistemi di allarme. Se hai bisogno di alimentare un sistema in una posizione remota fissa potenzialmente con ricarica solare durante il giorno, una batteria al piombo acido potrebbe essere proprio ciò che stai cercando. Le batterie non sono particolarmente esigenti riguardo alla ricarica e sono abbastanza sicure, e una batteria per il tempo libero da 100 ampere-ora alimenterà la maggior parte dei sistemi per un periodo esteso in modo molto affidabile a costo minimo.

Una batteria al piombo acido ha una tensione nominale di 2,1v per cella, ma raramente viene offerta in una singola cella. Tipicamente, sono disponibili in configurazioni da 3, 6 o 12 celle, con batterie per allarmi da 3 o 6 celle, batterie automobilistiche e per il tempo libero da 6 celle, e batterie per camion da 12. I tassi di scarica per brevi periodi di tempo sono piuttosto impressionanti; una tipica batteria per camion leggeri si scaricherà oltre 7C quando è fredda.

Lo smaltimento della batteria può essere difficile a causa della costruzione in piombo e acido solforico, e può essere altamente pericoloso se danneggiato. Tipicamente, quando acquisti una nuova batteria, sarai in grado di consegnare quella vecchia per il riciclo.

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Nichel Cadmio

Le batterie al nichel cadmio sono una tecnologia più vecchia che è stata quasi completamente sostituita con NiMH (discusso successivamente), e la chimica è vietata per tutte le nuove applicazioni in Europa. Le celle sono molto economiche e possono gestire tassi di scarica molto elevati, il che è attraente, tuttavia, il pericolo ambientale nega i minori vantaggi di costo di questa chimica.

A causa delle restrizioni d'uso in Europa, questa chimica può essere considerata obsoleta e non adatta per nessun nuovo design.

Nichel Metallo Idruro

A differenza del nichel cadmio, le celle di nichel metallo idruro sono disponibili ovunque nel mondo in grande abbondanza. Se stai lavorando su un dispositivo consumer, le batterie NiMH sono un'ottima scelta per una cella secondaria. Non hanno la stessa densità energetica delle celle secondarie a base di litio, ma non hanno restrizioni sul trasporto, non prendono fuoco se non le carichi correttamente e sono estremamente economiche. Le celle di nichel metallo idruro non sono adatte per applicazioni ad alta scarica e hanno caratteristiche di alta autoscarica. Esistono chimiche più recenti con bassa autoscarica, tuttavia, la densità energetica è ancora più bassa in queste celle.

La tensione nominale di una batteria NiMH è inferiore rispetto a una batteria alcalina della stessa dimensione, con 1,2v anziché 1,5v dell'alcalina. Questo può causare problemi in un circuito progettato per la tensione più alta dell'alcalina. Quando è completamente scarica, la cella avrà una tensione a circuito aperto di circa 0,9v. Sebbene la chimica non sia adatta per correnti di scarica alta continue, è comunque in grado di gestire una scarica 2C.

L'autoscarica può essere un grosso problema con le celle NiMH. Le chimiche più recenti pubblicizzate come a bassa autoscarica (LSD) possono perdere appena l'1% di capacità al mese, simile a una cella primaria. Questo comporta una penalità di circa l'8-10% in meno di capacità nella cella. D'altra parte, le chimiche non a bassa autoscarica possono perdere il 20% della loro carica il primo giorno dopo la carica, e fino al 4% al giorno successivamente. Per applicazioni che hanno un basso assorbimento di corrente, la perdita di capacità da una cella a bassa autoscarica può essere più che compensata da una vita utile estesa.

Le celle NiMH sono ampiamente disponibili, tuttavia vale la pena controllare la loro confezione per la capacità. Nelle dimensioni di cella più grandi, come C e D, i marchi più noti sono stati conosciuti per montare una cella più piccola in un involucro di plastica che conferisce alla cella una frazione della capacità prevista, a un prezzo più alto rispetto a un marchio meno noto. Ciò significa che puoi facilmente trovare celle AA, C e D tutte con la stessa capacità e peso simile da un marchio come Energizer.

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Nichel Zinco

Se la tensione più bassa del nichel metallo idruro rispetto all'alcalina li rende impraticabili per la tua applicazione, il nichel zinco potrebbe essere ciò che stai cercando, grazie alla sua tensione più alta. L'invenzione del nichel zinco risale al 1901, ma solo di recente le opzioni commerciali sono diventate fattibili dopo aver risolto il problema della durata molto limitata della batteria. Ora, le celle NiZn possono raggiungere un numero di cicli simile a quello delle celle NiMH. Sfortunatamente, le celle hanno un'autoscarica piuttosto sostanziale, che si dice aumenti considerevolmente dopo circa 30 cicli.

La chimica NiZn offre una tensione nominale di 1,65v, che tuttavia può arrivare fino a 1,85v dopo la carica. Un progetto che prevede l'uso di una cella NiMH o Alcalina potrebbe trovare la tensione oltre la valutazione di alcuni componenti, a seconda del numero di celle collegate in serie. Completamente scarica, la cella si troverà a 1,1 o 1,2v. Le celle hanno tipicamente grafici sui fogli dati del produttore con scariche di 3C o superiori che mostrano solo una trascurabile diminuzione della capacità di scarica, rendendole molto attraenti per dispositivi ad alta corrente o dispositivi con impulsi di alta corrente.

L'autoscarica di queste celle è il maggior detrattore per loro, a mio parere. È piuttosto sostanziale, oltre il 10% al mese! Se la tua applicazione richiede che le batterie durino per mesi, questo potrebbe escludere una cella NiZn. Se hai bisogno di alta amperaggio o una tensione superiore rispetto al NiMH, e puoi caricare le batterie più frequentemente, potrebbe non essere un problema.

Attualmente, le celle NiZn sono più facilmente disponibili nei formati AAA e AA, e le ho trovate solo online. I negozi di elettronica e fotografia nel Regno Unito non le avevano in magazzino quando li ho visitati.

Litio (Celle Secondarie)

Proprio come i loro omologhi a cella primaria, le celle secondarie al litio sono fortemente limitate per i viaggi a causa della loro propensione a trasformarsi in motori a razzo di rovina infuocata. Probabilmente avrai sentito storie dai media di telefoni, laptop o tablet che si trasformano in palle di fuoco! Beh, questo è dovuto alla batteria al litio. Il trasporto aereo in molti paesi è vietato, e anche il trasporto su strada può essere limitato. Questo può rendere molto difficile vendere un prodotto con una batteria al litio ricaricabile integrata. Ho molta esperienza con le celle secondarie al litio e ritengo che molti dei pericoli di incendio siano esagerati, ma ho avuto incendi, ed è certamente qualcosa da tenere in considerazione.

Le celle al litio hanno una densità energetica molto attraente e tassi di scarica enormi in alcune chimiche. Tuttavia, questa volatilità significa che sono molto sensibili a essere scaricate eccessivamente, sovraccaricate, surriscaldate e a subire un prelievo di corrente troppo elevato. Se stai utilizzando una cella secondaria al litio, dovresti assicurarti che la tua circuitazione di carica e protezione della batteria siano adatte. È molto comune trovare sensori termici attaccati alle celle al litio nei progetti per permettere al dispositivo di spegnersi se la batteria si sta surriscaldando a causa della scarica o della carica.

Ci sono molte chimiche disponibili per le batterie al litio, e potresti non sapere effettivamente cosa stai acquistando. La più comune che vedrai è l'ossido di cobalto al litio (LiCoO2), che è tipicamente etichettato come ‘ICR’. Sta guadagnando popolarità l'ossido di manganese al litio (LiMn2O4) che è tipicamente etichettato come ‘IMR’. Il manganese è significativamente più economico del cobalto e risulta in una tensione della cella superiore (3,9v nominale vs 3,7v nominale). Tuttavia, le celle al manganese hanno una densità energetica inferiore. Le celle ad alta scarica possono essere ossido di nichel manganese cobalto al litio (LiNixMnyCo1-x-yO2), che sono etichettate come ‘INR’. Le celle INR hanno anche una densità energetica molto buona, e sono quelle che potresti trovare in un veicolo elettrico. Queste sono tutte tecnologie agli ioni di litio, che sono disponibili anche in una costruzione in polimero di ioni di litio. Il fosfato di ferro litio (LiFePO4) è discusso separatamente.

Litio Ionico vs Polimero di Litio Ionico

La principale differenza tra i due è il metodo di costruzione. Le celle al litio polimero utilizzano una sottile membrana polimerica microporosa con un elettrolita in gel, il che si traduce in una maggiore densità energetica e un maggiore potenziale di scarica. Questa sottile membrana polimerica è anche ciò che rende le celle polimeriche più volatili, poiché è più facile che una cella vada in cortocircuito o che il surriscaldamento causi problemi. Questo, combinato con la maggiore densità energetica, consente un fallimento più energetico.

Troverai entrambe le costruzioni disponibili in celle cilindriche, così come in celle prismatiche (a sacchetto). I costi sono tipicamente inferiori per il litio ionico, poiché la costruzione è meno complicata.

Le chimiche nominali a 3.7v hanno tutte tensioni di carica di picco di 4.2v, e non dovrebbero mai essere scaricate a 3.0v. Una batteria scaricata al di sotto di 2.8v per cella subirà danni e la sua durata sarà ridotta, con un maggiore rischio di diventare instabile durante la carica o scariche intense.

Fosfato di Ferro e Litio

LiFePO4 è il cugino più calmo, leggermente meno denso, a tensione inferiore rispetto alle altre celle al litio ionico.

Il fosfato di ferro e litio offre una tensione nominale di 3.2v, e non dovrebbe essere scaricato al di sotto di 2.2v. Scaricare fino a 2.0v rischia di danneggiare la cella. Rispetto al litio ionico, e specialmente al polimero di litio ionico, hanno circa il 20% in meno di amperaggio di scarica di picco e capacità per lo stesso peso/volume. Se la tua applicazione richiede una scarica elevata, ma anche una maggiore sicurezza rispetto ad altre opzioni al litio, questa cella potrebbe essere adatta a te.

Come nota sulla mia storia riguardante l'incendio, in quel periodo stavo facendo schiantare un aereo o due a settimana per risolvere dei problemi. Generalmente, le celle potevano finire per assomigliare a una banana e stare bene, ma basta un evento in cui la cella va in cortocircuito internamente e causa un incendio per provocare molti danni. Le celle al polimero di litio ionico di piccola capacità sono piuttosto difficili da incendiare. Ho provato molto duramente a danneggiare fisicamente pacchi da 100-200mAh fino al punto di un incendio senza alcun successo. Tuttavia, sovraccaricare anche una piccola batteria è piuttosto probabile che finisca male.

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