Come sono fatte le celle a sacchetto delle batterie agli ioni di litio

Compatte e con una struttura flessibile, hanno densità record ma problemi di durata. Però, con lo stato solido, sembrano imbattibili

Le batterie a sacchetto di Factorial

Francesco Barontini

Di: Francesco Barontini

10 gen 2024 alle 07:00

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Le batterie agli ioni di litio per auto elettriche, generalmente, utilizzano celle cilindriche. Negli ultimi tempi si stanno facendo strada anche forme diverse e si iniziano a vedere anche celle prismatiche e celle a sacchetto o, per usare un inglesismo, pouch.

Le celle a sacchetto hanno una forma appiattita (da qui il nome) e sono flessibili. Sono nate nel 1995 grazie alla statunitense Li-Polymer, che sorprese il mondo con un prodotto dalla forma completamente inedita. Sono state inventate per essere utilizzate nell’elettronica di consumo ma ora si usano anche per i sistemi di stoccaggio e per i veicoli elettrici. Vediamo come sono fatte.

Una “classica” cella agli ioni di litio

Le celle a sacchetto, come tutte le batterie agli ioni di litio, presentano un anodo, un catodo, un separatore e un elettrolita. L’anodo e il catodo, rispettivamente elettrodo negativo e positivo, sono rivestiti con materiale conduttivo. Il separatore è inserito in mezzo a essi per impedirne in contatto mentre l’elettrolita è il mezzo all’interno del quale gli ioni si muovono da un polo all’altro durante i cicli di carica e scarica.

Le celle a sacchetto, al loro interno, presentano una serie di strati affiancati così ordinati: anodo-separatore-catodo. Questi strati sono poi sigillati a formare un’unità compatta che nella forma ricorda una busta o un sacchetto. Il polo negativo e il polo positivo sono collegabili esternamente attraverso due linguette che fuoriescono dalla busta stessa.

Il dettaglio delle linguette esterne collegate ai due elettrodi

Tanti vantaggi in poco spazio (e peso)

Tra i vantaggi delle celle pouch c’è il fatto che sono poco ingombranti e che sono leggere. È per questo che il loro utilizzo primario è stato nell’elettronica di consumo. Il loro design flessibile, inoltre, consente ai progettisti maggiore libertà, poiché si adattano a forme irregolari. Le celle a sacchetto, poi, vantano una densità energetica maggiore rispetto ad altri tipi di celle. Si parla di valori anche superiori al 90%. Sono tutte caratteristiche che rendono queste celle attraenti per la nascente mobilità elettrica.

Come se non bastasse, sono anche meno costose da produrre, proprio perché i vari strati sono affiancati tra loro senza eccessive sovrapposizioni, come nelle celle prismatiche o senza complicati avvolgimenti in spire, come nelle celle cilindriche. Ma allora, perché non hanno preso il sopravvento?

Le celle a sacchetto di LG

Un problema di durata

Le celle a sacchetto, purtroppo, soffrono generalmente di una vita più breve rispetto alle celle cilindriche o prismatiche. Questo è dovuto proprio alla natura flessibile della loro struttura esterna, che è meno resistente alle deformazioni e agli stress meccanici a cui è sottoposta durante i cicli di carica e scarica. In particolare, se durante le fasi di carica e scarica le celle producono gas, questo porta a evidenti rigonfiamenti della cella che minano prestazioni e sicurezza della stessa. Inoltre, le celle a sacchetto sono particolarmente sensibili all’umidità e alle alte temperature.

Le celle a sacchetto, quindi, resistono in media tra i 500 e i 2.000 cicli prima di perdere in prestazioni in modo considerevole. Questo problema di durata, unito alle caratteristiche di compattezza e di economicità viste in precedenza, le rende particolarmente adatte all’uso su veicoli ibridi e ibridi plug-in e un po’ più complicate da usare sulle elettriche pure.

Ideali per lo stato solido

Le cose, però, stanno cambiando. Le celle a sacchetto stanno diventando sempre più grandi ed affidabili e molte delle aziende che lavorano sullo stato solido stanno utilizzando proprio questo formato.

Factorial, Solid Power o QuantumScape, hanno scelto celle a sacchetto a strati sovrapposti (si è arrivati anche a 24) per creare batterie di nuova generazione. Questo perché la presenza di elettrolita solido consente una migliore gestione delle temperature e evita la formazione di gas, aiutando a creare prodotti che a tutti i vantaggi tipici delle “pouch cells” garantiscono anche durate pari a celle cilindriche o prismatiche.

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