Li-ion vs. NiCad

Le batterie agli ioni di litio (o agli ioni di litio ) sono di dimensioni inferiori, richiedono poca manutenzione e sono più sicure per l'ambiente rispetto alle batterie al nichel-cadmio (chiamate anche NiCad, NiCd o Ni-Cd ). Sebbene abbiano somiglianze, le batterie agli ioni di litio e NiCd differiscono per composizione chimica, impatto ambientale, applicazioni e costi.

Tabella di confronto

Grafico comparativo Li-ion contro NiCad
Li-ion NiCad
Potenza specifica~ 250- ~ 340 W / kg1800MHA
Effetto memoriaNon soffrire di effetto memoriaSoffre di effetto memoria

Elettrochimica

Una batteria al nichel-cadmio utilizza cadmio per l'anodo (terminale negativo), ossido idrossido di nichel per il catodo (terminale positivo) e idrossido di potassio acquoso come elettrolita.

Una batteria agli ioni di litio utilizza grafite come anodo, ossido di litio per il catodo e un sale di litio come elettrolita. Gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo negativo all'elettrodo positivo durante la scarica e viceversa durante la carica. Le celle elettrochimiche agli ioni di litio usano un composto di litio intercalato come materiale dell'elettrodo invece del litio metallico, a differenza delle batterie primarie al litio usa e getta.

Impatto ambientale

Le batterie NiCad contengono tra il 6% (batterie industriali) e il 18% (batterie di consumo) cadmio, che è un metallo pesante tossico e quindi richiede particolare attenzione durante lo smaltimento delle batterie. Il governo federale lo classifica come rifiuto pericoloso. Negli Stati Uniti, una parte del prezzo della batteria è a pagamento per il suo corretto smaltimento al termine della sua vita utile.

I componenti delle batterie agli ioni di litio sono sicuri per l'ambiente poiché il litio è un rifiuto non pericoloso.

Costo

Una batteria agli ioni di litio costa circa il 40 percento in più per la produzione a causa del circuito di protezione supplementare per monitorare la tensione e la corrente.

Funzionamento e prestazioni

Il più grande svantaggio delle batterie al nichel-cadmio è che soffrono di un "effetto memoria" se vengono scaricate e ricaricate più volte allo stesso stato di carica. La batteria "ricorda" il punto del suo ciclo di carica in cui è iniziata la ricarica e durante l'uso successivo la tensione scende improvvisamente in quel punto, come se la batteria fosse scarica. Tuttavia, la capacità della batteria non si riduce sostanzialmente. Alcuni componenti elettronici sono appositamente progettati per resistere a questa tensione ridotta abbastanza a lungo da consentire alla tensione di tornare alla normalità. Tuttavia, alcuni dispositivi non sono in grado di funzionare durante questo periodo di riduzione della tensione e la batteria appare "scarica" ​​prima del normale.

Un effetto simile chiamato depressione della tensione o effetto pigro della batteria, risulta da ripetuti sovraccarichi. In questo caso la batteria sembra essere completamente carica ma si scarica rapidamente dopo solo un breve periodo di funzionamento. Se trattata bene, una batteria al nichel-cadmio può durare per 1.000 o più cicli prima che la sua capacità scenda al di sotto della metà della sua capacità originale.

Un altro problema è la ricarica inversa, che si verifica a causa di un errore da parte dell'utente o quando una batteria di più celle è completamente scarica. La ricarica inversa può ridurre la durata della batteria. Il sottoprodotto della carica inversa è l'idrogeno, che può essere pericoloso.

Se non usati regolarmente, i dendriti tendono a svilupparsi nelle batterie NiCad. I dendriti sono cristalli sottili e conduttivi che possono penetrare nella membrana del separatore tra gli elettrodi. Ciò porta a cortocircuiti interni e guasti prematuri.

Le batterie agli ioni di litio richiedono poca manutenzione. Possono essere ricaricate prima di essere scaricate completamente senza creare un “effetto memoria” e funzionare in un intervallo di temperatura più ampio. Rispetto al Ni-Cd, l'autoscarica in ioni di litio è inferiore alla metà, il che lo rende adatto per le moderne applicazioni di livello carburante. L'unico inconveniente è che la batteria agli ioni di litio è fragile e richiede un circuito di protezione per mantenere un funzionamento sicuro. Il circuito di protezione è integrato in ogni confezione, il che limita la tensione di picco di ogni cella durante la carica e impedisce che la tensione della cella scenda troppo bassa durante la scarica. Per prevenire temperature estreme viene monitorata anche la temperatura della cella.

Dimensioni e tipi

Le celle Ni-Cd sono disponibili da AAA a D, le stesse dimensioni delle batterie alcaline, nonché diverse dimensioni di più celle. Oltre alle celle singole sono disponibili in confezioni fino a 300 celle, comunemente utilizzate in applicazioni automobilistiche e industriali pesanti. Per applicazioni portatili, il numero di celle è inferiore a 18 celle. Esistono 2 tipi di batterie NiCd: sigillate e ventilate.

Le batterie agli ioni di litio sono più piccole, più leggere e forniscono più energia rispetto alle batterie al nichel-cadmio. Sono inoltre disponibili in un'ampia varietà di forme e dimensioni in 4 tipi di formati:

  • Piccolo cilindrico (corpo solido senza terminali, come quelli utilizzati nelle batterie dei laptop)
  • Grande cilindrico (corpo solido con terminali filettati di grandi dimensioni)
  • Custodia (corpo morbido e piatto, come quelli utilizzati nei telefoni cellulari)
  • Prismatico (custodia in plastica semi-dura con terminali filettati di grandi dimensioni, spesso utilizzata nei pacchi di trazione dei veicoli)

Le celle a marsupio hanno la più alta densità di energia a causa dell'assenza della custodia. Tuttavia, richiede una forma esterna di contenimento per impedire l'espansione quando il suo livello di stato di carica (SOC) è elevato.

applicazioni

Le batterie NiCad possono essere assemblate in pacchi batteria o utilizzate singolarmente. Le celle piccole e in miniatura possono essere utilizzate in torce elettriche, dispositivi elettronici portatili, macchine fotografiche e giocattoli. Sono in grado di fornire correnti di sovracorrente elevate con una resistenza interna relativamente bassa, rendendole una scelta favorevole per aeroplani, barche, automobili, utensili elettrici senza fili e unità flash della fotocamera. Le celle più grandi allagate vengono utilizzate per batterie di avviamento per aeromobili, veicoli elettrici e alimentazione in standby.

Con qualità come densità di energia elevate, nessun effetto memoria e una lenta perdita di carica quando non in uso, le batterie agli ioni di litio sono la scelta più popolare per l'elettronica di consumo. Stanno inoltre crescendo in popolarità per applicazioni militari, di veicoli elettrici e aerospaziali.

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