Semplice vero? Tranne niente de ste pile xe in realtà semplice una volta che te scominsi a scavar nei particolari, che sto per far perchè no posso far altro.
Perchè però el litio? (Ecco dove che me vien fastidioso)
Elemento numero 3. Idrogeno, elio, litio. Quel xe l'ordine. Atomo de sope parché el ga soło 3 protuni.
E eco ła roba del litio - ła vol sbaraxarse del so eletron esterno. Come disperato el vol. Xe un poco instabile in quel modo. Te conosi quei video de gente che buta sodio in acqua e el se fizze e el ciapa fogo? El Litio fa cussì ma PIO. Go vardà qualchedun far cascar un toco de metało de litio in un secio de aqua na volta a na manifestasion de sicuresa del 2011 (o del 2012?) e xe stà onestamente spaventoso quanto vełoce el ga reagio. El secio el se fondeva.
Aspetta de no, el secchio no se ga foso. L’aqua la ga fato bollire e el litio el ga ciapà fogo in superficie. El secio el stava ben. El me ricordo xe merda.
Comunque el punto xe: puro metało de litio xe pericoloso. Eco parché el litio moderno -ion no i dopara pura metal de litio - i dopara el litio IONS. Già el litio ossidato. La forma Li+. Modo più stabile.
La tensione che te ciapi xe intorno a 3,6-3,7V a cella che xe decente. Mejo che alkaline (1,5V) o NiMH (1,2V). Vol dir che te serve manco cełułe pa colpir ła tension dełe obietivo. Per questo la tua batteria de portatile ga 6 cellule inveze de come 15.
Anca - e mi dovevo citar sto primo - el litio xe LIBERO. Terzo elemento più leggero. Cussì te ciapi na gran densità energia sensa peso. Eco parché i EV i dopara el litio-ion e no menare -acid. Un piombo -acixo batteria co la stessa energia la pesarìa letteralmente 5-6 volte de più. La tua Tesla ghe serviria una forchetta per cambiar la batteria.
I veri conponenti (bloccando questo se fa tecnico)
Anode (la parte negativa):
De solito grafica. Sì, ła stesa roba che ła xe a matite, a parte el modo pì puro e elaborà in modo difarente.
Grafite el ga sta strutura de cristal stratità - figurite un mazzo de carte a liveło atomico. I livełi i vien tegnùi insieme da debołe van de debołe de dervate łe forse (chimestre de ła scuoła che ła torna a inseguirte). I ioni de litio i pol scivolare tra sti strati e solo... sfogarse là. El termine tecnico xe "intecałamento" ma ghe penso come i parchegi in un multi{5}}storia.
Ła capasità teoretega ła xe de 372 miłiampa-or par gramo. Real-bor te ciapi 340-360 mAh/g se la produzion no la fa schifo. Go visto łe cełułe da qualche produtor cinese che podeva pena colpir 310 mAAh/g. No va a nomi nomi ma se rientrano le lettere in "BAGLIO" te ciapi... va ben mi sto nome nomi. Le so prime celule le jera ruvide. I xe mejorài da mejo da come el 2018 però.
Adeso tuti continua a parlar de anodi silicon parchè silicon pol teoricamente tegner 10x pì litio che grafite. Sembra incredibile no? 3700+ mAh/g/g caeetate teretico.
El problema - e questo xe el problema che xe sta "quasi risolto" da quando che go scominzià in sto settore - xe che silico se slarga entro el 300% quando te lo liceti. I particełi i se crepa łetaralmente. Figurève infiar un pałon drento un bloco de cemento. El cemento no se flex, el se rompe solo.
Tesla la usa qualche silico adesso, missià con grafite. Forsi 5-10% silico? Go sentido che iera l'8% ma podaria sbagliarme. El punto xe che xe una piccola quantità. I anudi de siłico puro no xe ancora pronti nonostante quel che ła serie de ła Serie de ła Serie A sołito.
Catede (lato positivo):
Oh ragazzo. Questo xe dove che se fa s-ciopo perchè ghe xe come 6 diversa chimica de catede e tuti ga opinioni su quale xe el mejo e i xe tuti sbagliai perchè dipende da la tua domanda.
El original da Sonia nel 1991 el xe stà ossido cobalt de litio - LiCoO. Noi la ciamemo "LCO" per breve. Ła densìa energia ła xe bastansa bona - 150-200 mAh/g a seconda de chi che ła ga fata. Ma ła stabiłità termała ła xe teribiłe. Se te la supera o te la ciapi massa caldo, la strutura de cristala la libera l'ossigeno. Ossigeno + osigeno eletrolite organico + calore=cattivo giornata. El vostro telefono probabilmente el usa LCO però perchè i telefonini no ga bisogno de durar 10 anni e no te son veloce{{ 13}}candoli a 10C.
Poi c'è NMC - nichel manganese cobalt osside. Questo xe quel che la maggior parte dei EV usa adesso. El raporto de nichel a maniganese a cobalt continua a canbiare. Partida come 1:1:1 (parità pari). Alora i produtori i se ga trasferìo fin ałe 5:3:2. Alora 6:2:2. Deso semo par łe 8:1:1 o anca łe 9:0,5:0,5 in sełułe alte {20}.
Perchè el turno? Cobalto xe caro. Come veramente caro. Anca ła major parte de cobalt el vien dała DRC ( Republica Democratega de Congo) e ła situasion minada ghe xe... complicà. Lavoro infantile, condizioni insicuri, tutto el casino. Cussì tuti i ze drio sercar de doparar manco cobalto.
Più nichel=più capacità ma meno stabilità termica. Pì manganese=pì economico e pì economico ma manco capacità. Pì cobalt=pì stabiłe e mejo ciclo vita ma $$$ e etico.
El xe senpre comercio -anti. Senpre. Go avùo tante discusion co i dirigenti de prodoti su questo. I vol un alta energia energia e ciclo longa vita E de bona costo E bona sicuresa. Te pol ciapàr forse do. Forse.
Ghe xe anca NCA - nichel aluminio cobalt. Tesla el ga doparà questo par ani neła so longa-acheti. Panasonica li ga fati a la gigafatoria Nevada. Go fato na fabrica de bataria difarente na volta - no queła, ma ła strutura de concorrente - e ła càmara seca da soła ła jera insana. El sistema de manegiatura d'aria probabilmente costava ${8}} milioni. Tuto ga da esar soto -40 de ła laurea de rugiada o del sałe eletrołito asorbe l'umidità e el crea l'acido idrofluorico. HF magnarà traverso qualsiasi roba. Vetro, metal, osso. Roba natosa.
Oh e LFP -} fosfato de fero de litio. Questo xe far un ritorno. El xe pì sicuro, pì economico par khoh, e el dura pì. Go sentido parlar de celule de LFP che fa 5000+ cicli al 80% capacità. Magari anche 6000. El lato in basso xe più basso densità energia - solo come 120-140 mAAh/g vs 180-200 per NMC.
Tesla la ga scominsià a meter LFP nel so Model de Range Model 3s intorno al 2021. El mercato cinese li ga prima. Ga senso - CATL xe el più grande produtor LFP e i xe in Cina.
Serta xente ła se lamenta de ła perdita de l’assegna de ła LFP nel tenpo fredo. Xe pezo de NMC. Ma łe cełułe łe xe pì economiche e łe dura pì par un mucio de aplicasion ne val la pena el comercio-off. Ciaparìa un branco de LFP pa na machina deła sità. Par un longo -ana de autostrator de autostrada forse no.
Eletrolita:
Questo xe el liquido in mezo. El conduxe ioni ma no i eletroni, che xe inportante parché se conduxeva eletroni te gavarissi pena un corto sircoito.
De sołito el xe esafluofofoneo litio ({0}} LiPF€ - desfato in liventi biologici. I risolventi i xe tipicamente un mix de carbonato etileno (EC) e carbonato dimetil (DMC) o carbonato del dietil (DEC).
Ecco un dettaglio strano: l'EC xe solida a la temperatura stanza. El punto de fuga xe circa 36 gradi . Quindi pura l'EC se congelarìa in inverno. Per questo te la mescoli con DMC o DEC che xe liquidi per piaser -70 grado o qualsiasi altro. El missioto el resta liquido in condision ragionevoli.
Anca i carbonimi biologici i xe fiamme. No ben benzina-vel flamabile ma sicuramente fiammabile. Go visto na prova de unghia na volta dove che gavemo fato un ciodo atraverso na unghia atraverso na cełuła piena. El ga gas prima el gas - che spunta el suono - po’ łe fiàme łe ga tirà fora el buso de sfogo. Raggiunta come altezza come 2 metri. Tutta la cella è rivada a magari 800 laurea in base ai filmati de la termara.
Quela l’era na prova controlà co la sopression de fogo e tuto. Ancora spaventoso però.
El sałe LiPF € e xe igroscopico come l'inferno. Adora l'acqua. Se la se bagna la idrolizza in HF. Eco parché ła produsion de bataria ła sucede in tełe stanse estremamente seche. Sto parlando de novo punto de -40 grado o più basso. El sistema deumerifegasion el xe de sołito uno dei pì grandi consumatori de energia in te na fabrica deła cełuła.
Go visità na strutura na volta dove che la stanza seca la jera cussì seca la faséa mal par respirar. El naso se secarìa in pochi minuti. Tuti là che laorava lì i ga dovesto doparar spray sałinea senpre. No xe un ambiente de lavoro piacevole.
Separator:
El conponente dimenticato. Xe soło un menbrano sotiłe ma el xe critico.
De sołito polipropilene (PP) o połietiłene (PE). Dełe volte un triłajo co PP-PP. El speso el xe de sołito 20-25 microns. Che xe sottile. Prantor che un capelo umano (70-100 microns).
El ga pori microscopii - come el diametro de 100 nanometro - che lasse ioni traverso ma blochi eletroni. Inoltre el mantien l'ano e el cathode fisicamente separà. Se i toca=crcuito corto=robe brute succedi velocemente.
Ricordate la Nota de la Samsung 7 foghi? 2016. Quel xe sta in parte a causa dei danni separatori. Samsung ga progetà anca la batteria. Tropo sotile, impacà massa streto, no tolleransa par espansion. Serte cełułe łe gaveva el separator masa forte in un canton. El punto debole se ga sviłupà. A ła fine el ga ciapà un buso. Cortiera interna. Corrimento termico. Fogo.
I se ga ricordà 2,5 milioni de telefono. Bandito da aerei. Costo miliardi de Samsung. Tuto par via de un toco de pì magra pì magro de ła carta.
Go pareri su disegno de bataria agresiva. I produtori i continua a spinger più sotili e accendini par bater la gara. Ma c'è un limite. La fisica no ghe interessa el vostro orario del lancio.
Come che ła funsiona (ła parte tuti i salta)
Accusà:
Te spinti nel telefono. Le forze caricatorie eletroroni in anode e li tira da la cateda. Questo el rende łesion de litio de litio. I ioni i viagia atraverso l'ełetrolite a l'ano. I se intercałi neła strutura grafeta.
Pensaghe come conpressionar na primavera. Le ooni de litio no le vol star in ano anadamente - le xe più stabili nel cathode. Ma te li stai a forzar de là aplicando la tensione aplicando. Forte energia.
Sturgar:
Te se inquina e te usi el telefono. Ła primavera ła vien fora. I ioni de litio i vien indrio al catego par ła eletrolite. I elettroni i score atraverso el circuito del telefono da l'ano a cathode. Quel flusso eletron el potenzia el vostro dispositivo.
Ła tension ła dipende dała chimica e dała statal de carica. Per NMC o NCA:
Frende carica: ~4.2V
Nominal: ~3,7V
Desmentegava de piena: ~3.0V
No ndar soto 3,0V o te scominsi a far el metało de litio che xe pericołoso. No ndare sora 4,2V o te ris-ci el termine. Eco parché i sistemi de gestion de ła bataria i esiste. I monitori de tensione monitori e attuali e attuali e i se chiude le robe se qualcossa xe sbaglià.
El bon progeto BMS xe duro. Veramente duro. Te ghe bisogno de i tenpi vełoci, dei sensi de sicuresa, de sicuresa de sicuresa. Na BMS economica ła xe uno dei modi pì vełosi pa trasformar na bataria decente in un pericoło de fogo.
I problemi (oh omo ghe xe tanti problemi)
Problem 1: El degrado xe inevitabile .
Ogni carica -discàrghi ciclo danneggia danni la batteria. Ininavołebiłe. Termodiamiche.
Ghe xe sta roba che se ciama strato SEI - sołida ełetroite eletrołite - che ła forma so ła superfisie de ancò. In realtà xe necesario che la batteria la funsioni. Ma continua a cresser nel tempo e consumar el litio attivo. Dopo 500 cicli te podarìa averghe da parte del 90% de capacità. Dopo el 1000 magari l'80%. Dopo el 2000... dipende.
Go un MacBok dal 2015 che ła mostra ancora ła sałute del 78% de ła sałute. Mi lo bebè però - raramente la lasso andar soto el 40%, la tegno spinto in quando possibile, no la cariga mai in un'auto calda. Mia mujere la ga un MacBook che xe al 62% de salute perchè la ghe fa la gesti dura. I cicli pieni quotidianamente, la lassa caricar de note, lo usa in grembo mentre xe caldo. Come trati la batteria conta TANTO.
Anca i catimidi degradi. Alto -nichel NMC xe particolarmente mal. Sopra 4.3V la superficie del catodo comincia a reagir con eletrolite. I ioni metałi de trasmision (nickel, manganese, cobalt) i pol desfarse e migrare a l'anode dove che i sgancia su el SEI. Ghe xe anca sta roba che se ciama catode de densificasion ndove ła strutura de cristało ła conpati pian pian e ła perde poroesità.
No se pol proprio impedir. Xe solo chimica. L'intropy vinze sempre.
Problema 2: Temperatura la distruge tuto .
Soto 0 grado el eletrolite el se fa vice come el miele fredo. Ion trasporto se rallenta. Te perdi forse 20{7}}30% capacità al -10 laurea . Ancora pezo, se te provi a caricare a carica una pista freda te piati el litio metalico su l'ano inveze de intercartela. Che crea dendrite - struture che pare agoli de metal litio che pol crescer e alla fine trafora el separator. Cortiera interna. Fogo.
Sora 40-45 gradi , tute łe reasion degrado acełera. Regola del pollice: ogni 10 grado aumenta la raddoppia el tasso de reazion. Quindi na bataria a 45 gradi degrade circa 4x 4x più velocemente che a 25 gradi .
Vivo in Texas. I temp estivi i ga colpìo 100 gradi F+ (38 gradi +). Go visto pile EV che ga perso el 15% capasità in 3 ani soło dała esposision de caldo. Intanto EV a Minnesota pena degrado in istà - ma perdi gamma d'inverno a causa del fredo. No pol vinzer.
Ła tenperadura operante ła xe come 20-25 gradi . Buona fortuna mantegnendolo nel mondo vero.
Problem 3: A caricata grassa la xe particołarmente problematica
Tuti i vol 10- minute el cargo come un gasso. Ma spingendo enorme potente tramite una batteria genera el caldo. I 12 perdite - i tenpi quadrati i xe resistensa. La resistenza è piccola ma no zero. A 250kW acusai te si drìo far el caldo inportante.
Anche velocità a caricare sostene i materiali elestrode meccanicamente. Forze ioni par spostar vełoce par ła strutura. El pol far fracroxasion crepabiłi e particełi nel tenpo.
La Tesla Supercarista (V3) può fare 250kW picco. Ma i bata in basso veloce. Forse 250kW per 5 minuti, poi 150kW, poi 100kW, poi 50kW. Eco el BMS che protege łe cełułe.
Sistemi de 800V da Posche e Hydai i pol far 350kW. Ma solo brevemente. Ła fisica ła xe ła fisica.
Ghe xe ła ricerca in vełosente -carge -cadensa eletrodo eletròda. I eletrodini de l'ełetrio, i particełi pì picołi, mejo rivestimenti. Aiuta. Ma no se pol ingannar la termodiamica.
Problema 4: Fogo
Łe batarìe liełio no łe ciapa el fogo spesso. Modo meno che auto de benzina. Ma quando i fa xe drammatico.
Corrimento termico. Na volta che na ceła ła colpise na tenperadura critica - ła canbia par chimica, magari 150{{3} SEI decompense. I separatori se desfa. Colimenti eletrolite. El gato el rilascia l'ossigeno. Ogni reasion ła produxe el całor che ła tira pì reasion. Ciclo poxitivo del ribalso.
No se pol spegnerla co l'aqua come un fogo normale. Cioè te pol sganciarghe l'acqua per rafredarlo ma la cella continua a genare el calor generalmente. I vigili del fuoco i odia i foghi EV. Prendete ore per metter fora. El pol regnar dopo.
Łe cełułe moderne łe ga carateristiche de sicuresa. Separatori rossi che se chiude quando se scaldava. Presidera sfogo. Se interrompe. Sfusi termani. In più la BMS varda tuto.
Ancora succede a volte però. Fa łe notissie ogni volta anca se i EV i xe pì sicuri dełe machine de gas. PR PR.
Problema 5: etica del cobalto
El 70% de cobalt el vien da DRC. Tante de questo da minere artigianali co brute condizioni de lavoro. Se dise del laoro bocia. Dani in ambiente. Xe un casino.
Tuti i xe drio sercar de doparar manco cobalto. Alto -nichel NMC usa pochissimo. LFP usa el zero. Ma cobalt fa stabilizzare la struttura de catode. Sensa de eła ghe serve mejo ła gestion termałe e i limiti pi rigori.
I prezzi de cobalt i xe anca pazzi. Soto $30k/ton nel 2016. Passada a 90k+ nel 2018. Passato a $25k nel 2020. Adesso verso $35k/ton. Come se fa a pianificar la produzion quando el vostro costo de costo de la materia prima i lava 3x?
Problem 6: Cao cao de catena .
I prezzi litioi xe andadi asolutamente i daci nel 2021-2022. $6k/on nel 2020. Passada come 80k/on in fine 2022. Passato a $12k/on nel 2024. Ora circa i 15k/on nel 2025.
Ła major parte de litio el vien da l’Australia (manegadura dura) o ła Mèrica del Sud (estrasion de ła brina da sałe in Chile/Argentina/Bolivia - ła “preangoła de litio”). Ma ła major parte de laorasion ła sucede in Cina. Come el 75% de ła capasità de litio globałe.
Ła Cina ła controła anca ła produsion de bataria - 75% de ła produsion de cełuła globałe. E el 90% de materiali anodo (laborazion grafica).
Eco parché i Stati Uniti e l’Europa i se sfrega par costruir catene de fornitura interotistego. Ma xe lento. Prende ani per far una gigafattoria. Prende più tempo a costruire la catena de fornitura a monte.
La batteria -grade el litio litio bisogna che sia ultra pura. Manco de 0,01% de impurità. Quel livelo de rifiutazion no xe economico o veloce.
Parché semo blocài co el litio -ion (par desso)
Nonostante tuto quel che me go appena lamentà, el litio-ion xe ancora l'opzion migliore in scala commerciale.
Energia densità: 250-300 Chi/kg a livello de cellulare. Forse 160-180 Chi/kg a livello del branco dopo aver aggiunto rafredamento e struttura e BMS. Basta per 300+ miglia EV senza peso ridicolo.
Confrontar:
Pio piombo -acid: 30-50 Chi/kg (pesante come cazzo)
NiMM: 60-120 Chi/kg (che Pris usato)
NiCd: 40-60 Chi/kg (anche tossico, per lo più esaminato)
Ła produsion ła xe matura. Decine de fornitori. Cigafattori del mult. Probabilità estabilida le catene. Economia de scala.
Obietivi de ła Nevada de ła Tesla de ła Tesla 35 GWh/ano. Basta per 500k+ EV. CATL in Cina fa ancora de più - credo 200+ GWo/anno? Forse 300? Dovevo controllare.
Tuta l'infrastrutura la assume litio-ion anca. Confidando le norme (CCS, NACS, CHHadeMO). Algoritmi BMS. Regołego de sicuresa. Procesi de riciclo. No se pol solo scambiar in una chimica diversa senza riscattar tuto.
Quel che pol sostituirlo ala fine .
Solide -tonie:Sostituire eletrolite liquido con ceramica solida o de vetro o de materiale sullf. Avantaji: no riscia de fogo, manco de fogo, magari usare anodi metałi de litio par ła densità de energia pì alta.
QuantumScape, Potere Solid, Toyota, Samsung - tuti ghe laora. QuantumSca el pretende 800 Chi/kg in cellule laboratorie con 800+ cicli. Improvviso se vero.
Problemi: resistensa interface tra sołide eletrolite e eletrodi. Duro a mantegnir un bon contato sora migliaia de cicli come materiale se slarga/contraco. I ełetrołiti pì sołidi i xe frai - dedrite i pol creparli. Ła manufatuasion ała scała no ła xe pì bona.
Mi son scettico lo vedemo in auto principali prima del 2030. Forse 2028 se qualchedun ga una svolta. Ma probabilmente dopo. Go sentido "solido -state xe 5 anni de distanza" da 10 anni.
Litio -sulfo:Densità energia teorega del 2600 Chi/kg. El solfo xe economico e abondante.
Problem: efeto de naveta de polisulfido. I prodoti intermediai i se desfa in ełetrorite che i ga sbiadià. Dopo 50 cicli la batteria xe tosta.
Questo xe stà "quasi risolto" par 20+ ani. Ancora no là.
Sodio -ion:In realtà succedendo adesso. El CATL el ga scominsià a produsion nel 2023. BAD el xe drìo laorarghe sora.
El sodio el xe dapartuto (agoa del mar). Via più economico del litio. El pol doparar łe atresature simiłi.
Ma la densità de energia la xe più bassa: 150-160 Chi/kg vs 250-300 per lithum-ion.
El ga senso pa ła storia e el bilancio EV. No sostituire el litio -ion in prodoti premixi in ogni momento.
El metało de metało de litio:Usa el metało de litio invese de ła grafita. Tegnì eletrolita liquido. Podarìa colpir 400-500 Chi/kg a liveło de cełuła.
El problema dendrito el persista. Tuti i ga ła so sołusion - rivestimenti, eletrołite dipendenti, ecc.
Oh ebatterie del litio- dovrebbe mensionarse de quele. I dopara el ełetroit pa ła gel o sołido invese de liquido. Trin, pì łexiero, pì forme flesibiłi. I vostri auricolari senza fili probabilmente ghe ne ga uno. Pian pì sicuro de ła densità liquida ma de energia ła xe suła stesa. El xe oncora el litio-ion, pena confesionà in modo difarente. I reparti de mercato l'ama ciamarli "LiPo" come se fusse qualche roba rivoluzionario. No xe.
