Esistono tre tipi principali dibatterie agli ioni di litio(agli ioni di litio): celle cilindriche, celle prismatiche e celle a sacchetto. Nel settore dei veicoli elettrici, gli sviluppi più promettenti riguardano le celle cilindriche e prismatiche. Sebbene il formato cilindrico delle batterie sia stato il più diffuso negli ultimi anni, diversi fattori suggeriscono che le celle prismatiche potrebbero presto prendere il sopravvento.

Che cosa sonoCelle prismatiche

UNcellula prismaticaSi tratta di una cella la cui composizione chimica è racchiusa in un involucro rigido. La sua forma rettangolare consente di impilare in modo efficiente più unità in un modulo batteria. Esistono due tipi di celle prismatiche: le lamine degli elettrodi all'interno dell'involucro (anodo, separatore, catodo) sono impilate oppure arrotolate e appiattite.

A parità di volume, le celle prismatiche impilate possono rilasciare più energia contemporaneamente, offrendo prestazioni migliori, mentre le celle prismatiche appiattite contengono più energia, offrendo una maggiore durata.

Le celle prismatiche sono utilizzate principalmente nei sistemi di accumulo di energia e nei veicoli elettrici. Le loro dimensioni maggiori le rendono inadatte a dispositivi di piccole dimensioni come biciclette elettriche e telefoni cellulari. Pertanto, sono più indicate per applicazioni ad alto consumo energetico.

Che cosa sono le cellule cilindriche?

UNcella cilindricaUna cella è una cellula racchiusa in un involucro cilindrico rigido. Le celle cilindriche sono piccole e rotonde, il che permette di impilarle in dispositivi di tutte le dimensioni. A differenza di altri formati di batteria, la loro forma impedisce il rigonfiamento, un fenomeno indesiderato nelle batterie in cui i gas si accumulano nell'involucro.

Le celle cilindriche furono inizialmente utilizzate nei computer portatili, che ne contenevano da tre a nove. In seguito, guadagnarono popolarità quando Tesla le impiegò nei suoi primi veicoli elettrici (la Roadster e la Model S), che ne contenevano da 6.000 a 9.000.

Le celle cilindriche sono utilizzate anche nelle e-bike, nei dispositivi medici e nei satelliti. Sono inoltre essenziali nell'esplorazione spaziale grazie alla loro forma; altri formati di celle si deformerebbero a causa della pressione atmosferica. L'ultimo rover inviato su Marte, ad esempio, funziona con celle cilindriche. Le auto da corsa elettriche ad alte prestazioni di Formula E utilizzano esattamente le stesse celle del rover nelle loro batterie.

Le principali differenze tra celle prismatiche e cilindriche

La forma non è l'unica differenza tra le pile prismatiche e quelle cilindriche. Altre importanti differenze riguardano le dimensioni, il numero di connessioni elettriche e la potenza erogata.

Misurare

Le celle prismatiche sono molto più grandi delle celle cilindriche e quindi contengono più energia per cella. Per dare un'idea approssimativa della differenza, una singola cella prismatica può contenere la stessa quantità di energia di 20-100 celle cilindriche. Le dimensioni ridotte delle celle cilindriche consentono di utilizzarle in applicazioni che richiedono meno energia. Di conseguenza, trovano impiego in una gamma più ampia di applicazioni.

Connessioni

Poiché le celle prismatiche sono più grandi di quelle cilindriche, ne servono di meno per ottenere la stessa quantità di energia. Questo significa che, a parità di volume, le batterie che utilizzano celle prismatiche hanno un minor numero di connessioni elettriche da saldare. Questo rappresenta un vantaggio significativo per le celle prismatiche, in quanto riduce la possibilità di difetti di fabbricazione.

Energia

Le celle cilindriche possono immagazzinare meno energia rispetto alle celle prismatiche, ma hanno una potenza maggiore. Ciò significa che le celle cilindriche possono scaricare la loro energia più velocemente rispetto alle celle prismatiche. Il motivo è che hanno un maggior numero di connessioni per ampere-ora (Ah). Di conseguenza, le celle cilindriche sono ideali per applicazioni ad alte prestazioni, mentre le celle prismatiche sono ideali per ottimizzare l'efficienza energetica.

Esempi di applicazioni di batterie ad alte prestazioni includono le auto da corsa di Formula E e l'elicottero Ingenuity su Marte. Entrambi richiedono prestazioni estreme in ambienti estremi.

Perché le cellule prismatiche potrebbero prendere il sopravvento

Il settore dei veicoli elettrici si evolve rapidamente ed è incerto se a prevalere saranno le celle prismatiche o quelle cilindriche. Al momento, le celle cilindriche sono più diffuse nel settore, ma ci sono motivi per pensare che le celle prismatiche guadagneranno popolarità.

Innanzitutto, le celle prismatiche offrono l'opportunità di ridurre i costi diminuendo il numero di fasi di produzione. Il loro formato consente di realizzare celle di dimensioni maggiori, riducendo così il numero di connessioni elettriche da pulire e saldare.

Le batterie prismatiche sono anche il formato ideale per la tecnologia al litio ferro fosfato (LFP), una combinazione di materiali più economici e facilmente reperibili. A differenza di altre tecnologie, le batterie LFP utilizzano risorse presenti ovunque sul pianeta. Non richiedono materiali rari e costosi come nichel e cobalto, che fanno lievitare il costo di altri tipi di celle.

Vi sono forti segnali che indicano l'emergere delle celle prismatiche LFP. In Asia, i produttori di veicoli elettrici utilizzano già batterie al LiFePO4, un tipo di batteria LFP in formato prismatico. Anche Tesla ha dichiarato di aver iniziato a utilizzare batterie prismatiche prodotte in Cina per le versioni a autonomia standard delle sue auto.

La tecnologia chimica LFP presenta tuttavia importanti svantaggi. Innanzitutto, contiene meno energia rispetto ad altre tecnologie attualmente in uso e, pertanto, non può essere impiegata in veicoli ad alte prestazioni come le monoposto elettriche di Formula 1. Inoltre, i sistemi di gestione della batteria (BMS) hanno difficoltà a prevedere il livello di carica della batteria.

Puoi guardare questo video per saperne di più suLFPLa chimica e i motivi della sua crescente popolarità.