Le batterie del futuro: Litio-Silicio, Litio-Aria, Litio-Zolfo, Grafene ...

[Alby62]

grazie per l'aiuto

[cristiano2B]

dipende anche dall'apparecchio su cui sono montate.
Per esempio sul mio Vectrix, la fine carica è 3.50V per cella, per cui quando carichi al massimo, sei al 90/95%
Cmque su qualsiasi chimica litio è sempre meglio non scendere al di sotto del 30% di soc (70% DOD)

E sfruttare per caricare in qualsiasi occasione.
Per esempio se ho autonomia di 100km, faccio 30km e poi torno a casa sapendo che dopo poche ore, devo fare altri 30Km, nonostante l'autonomia sia sufficiente, è molto meglio ricaricare tra i due tragitti di 30km.

Inoltre molti sottovalutano un aspetto: ricaricare sempre alla minor corrente possibile.
In apparecchi che lo consentono, non ha senso caricare alla massima corrente, quando so già che non utilizzerò l'apparecchio per 3gg!
Lo caricherò alla minima corrente disponibile anche se ci volessero 2gg (tanto ne ho a disposizione 3 di giorni...)
Questa è una regola di base valida per qualsiasi specifica della batteria, indipendentemente dalle caratteristiche della batteria.
Facciamo un esempio banale per far capire:
in una moto/auto con batterie che possono essere caricate a 50A e normalmente caricano a 20A e ci mettono 8 ore a caricare il mezzo, se so già di lasciarlo in garage 3gg è perfettamente inutile caricarlo in 8 ore a 20A.
Lo caricherò a 3A e ci metterò quasi 3gg.
Mentre invece molti fanno il ragionamento: "siccome possono essere caricate a 50A e io già le sottocarico a 20A, non mi preoccupo del tempo e le carico sempre a 20A".
Sbagliato.
Le moderne litio possono assorbire grandi picchi di corrente ed essere caricate ad alte correnti, ma ciò non vuol dire che se utilizzate sempre al massimo dei limiti scritti nel loro datascheet, la loro attesa di vita rimane immutata, anzi proprio il contrario.
L'unico limite è che ad oggi sono pochi gli apparecchi che danno la possibilità di scegliere la corrente di carica.

[cristiano2B]

Nessuna novità dall'azienda spagnola che NON vende a privati,
che dichiarava di produrre delle alluminio grafene, con capacità di 5 volte le attuali LiPo (a parità di volume e peso) e con 6000 cicli dod 80% ???

[jumpjack]

Si vocifera che le nuove auto da 300 km di autonomia sarebbero alimentate da batterie NMC - Nickel Manganese Cobalt:

NMC may also be a key material in the new and improved batteries used in the next generation of 200-mile EVs

https://chargedevs.com/newswire/batt...m-ion-patents/

Il problema è che sono in sperimentazione molteplici varianti, con percentuali diverse di N, M e C, quindi non è facile brevettare il tutto...

Comunque, ecco i dati di (almeno) un tipo:
>150 Wh/kg
Carica a 3C e scarica a 8C
8000 cicli all'80%
http://www.forseepower.fr/wp-content...ystem-ENG1.pdf


Le LiFePO4 delle auto attuali non superano i 90 Wh/kg e stanno intorno ai 150 km di autonomia.
Con i "classici" 150-200 kg di batterie, con le LiFePO4 si arriverebbe a 13-18 kWh (100-150 km con un'utilitaria da 120 Wh/km), mentre con NMC da 150 Wh/kg si arriverebbe a 22-30 kWh, che è per l'appunto il "taglio" delle prossime auto elettriche (anche se sono già all'orizzonte quelle da 50 kWh).


Qui c'è un confronto (del 2014) tra NCA (Nickel Cobalt oxide) , NMC (Nickel Manganese Cobalt) , LFP (LiFePO4) e LMO (Manganese Spinel), che però dà per le LFP lo strano risultato di meno di 1000 cicli:
http://tra2014.traconference.eu/pape...aper_17951.pdf


Secondo questi dati del 2012, invece, durano di più le LFP:
https://www.lightingglobal.org/wp-co...Note_final.pdf

A proposito delle differenti ricette delle NMC:

Other combinations, such as NCM, CMN, CNM, MNC and MCN are also being offered in which the metal content of the cathode deviates from the 1/3 - 1/3 - 1/3 formula. Manufacturers keep the exact ratio a well-guarded secret.

http://incellint.com/wp-content/uplo...hnologies_.pdf

[jumpjack]

Svendita di celle Panasonic NCR18650 da 200 Wh/kg e 580 Wh/L (a detta loro, 60% in meno):
Genuine Panasonic NCR18650PF GA 10A High Drain - In Stock!

200 celle (cioè una batteria da 60V/35Ah/2100Wh (16S12P)) costerebbero 800 dollari o 710 euro (380 dollari/kWh, 337 Euro/kWh).
In teoria peserebbe 10.5 kg e avrebbe un volume di 3.6 litri ( = un paio di bottiglie d'acqua o poco più).
Ovviamente tra cablaggi, contenitore e BMS si avrebbero peso e volume leggermente superiori.

Al momento sul mio Ecojumbo ho la stessa quantità di Wh, ma in 20 kg e 16 litri (per non parlare dei 1600 euro).

[jumpjack]

LG mostra una batteria per cellulare ad alta densità e a ricarica ultrarapida:
New battery tech gives 10 hours of talk time after only 5 minutes on charge

620 Wh/L, batteria da 3 Ah ricaricata al 50% in 5 minuti.
Scalando alle dimensioni di uno scooter, per caricare una batteria da 60V/30Ah/1800Wh in 5 minuti (0.083 ore) servirebbe però un caricabatterie da 11 kW... quindi dovremmo semmai accontentarci dei 620 Wh/L e usare invece una ricarica lenta. Oppure mettere un BMS cazzuto (da 200A!!), un CB altrettanto cazzuto, e una spina Mennekes! :-)

[cristiano2B]

occhio che di Panasonic 18650 contraffatte ce n'è in giro una marea...
il tuo link non si apre, saranno già fuggiti?

[cristiano2B]

ora si è aperto.
si ma 60% sul prezzo di listino di 14.99$

il prezzo è di mercato, anzi su aliexpress si trovano anche a qualcosa in meno di 3.99$

e poi c'è sempre il problema resistenza interna: con 34 mOhm di quanto scenderà la tensione nelle accelerazioni, rispetto ai 2/3 mOhm delle LiFePo4 ???

Per tutto il resto sono fantastiche: rapporto peso potenza al TOP.

[jumpjack]

Le batterie del futuro saranno un ritorno al passato?
Forse (e dico Forse) è Risolto il Problema Tecnologico del Secolo: la Pila - Rischio Calcolato | Rischio Calcolato



le batterie a litio metallico anzichè litio ionico furono inventate nel lontano 1976 ma presto abbandonate perchè sull'elettrodo di litio tendevano a svilupparsi col tempo "rametti" di litio che mettevano in corto la cella incendiandola...
Questo nuovo separatore solido dovrebbe quindi ovviare il problema. Vediamo se si trova qualche ricerca...

[lucusta]

http://www.nature.com/nature/outlook.../batteries.pdf
gia' immagino auto con 6 batterie cilindriche da 15x40cm da 20Kg/7litri e 8kWh, per una 40ina di kW da utilizzare, circa 200Km di autonomia, e da cambiare rapidamente da un distributore, usando il classico reso a vuoto.

ma sono un sognatore...
intanto evpower sta' vendendo le LTO; per utilizzi brevi e duraturi sarebbero ottimali.
io stavo pensando ad una bici a pedalata assistita; a 4C le ricarichi in un quarto d'ora, le puoi scaricare anche a 10C; cicli elevatissimi, e paragonabili alle peggiori LiFePO4 come capacità gravimentrica (mentre la volumetrica e' molto meglio).

di buono e' che le puoi mantenere anche scariche che non si rovinano.

[jumpjack]

http://www.nature.com/nature/outlook.../batteries.pdf

SolidEnergy is introducing its materials for drones this year; watches & wearables in 2016; smartphones in 2017; and electric vehicles in 2018

Quindi il prossimo anno potremo finalmente avere cellulari che arrivano a fine giornata senza bisogno di ricarica... :-)
E nel 2018 un bello scooter da 10 kWh! :-)

[lucusta]

Quindi il prossimo anno potremo finalmente avere cellulari che arrivano a fine giornata senza bisogno di ricarica... :-)
E nel 2018 un bello scooter da 10 kWh! :-)

per il cellulare, probabilmente qualcuno si, per gli scooter... mhm.....
anche se il modo in cui si fanno e' simile alla vecchia tecnologia, l'ostacolo maggiore sono le royalty.
diritti di tecnologia e diffusione sul mercato sono due cose che non hanno mai legato bene, purtroppo.
se questa tecnologia l'avesse prodotta Samsung, LG o Panasonic ti avrei risposto che sicuramente un pacco te lo saresti potuto fare, ma questa e' realmente una piccola azienda, e da sola non puo' produrre la massa che richiede il mercato, mentre per la cessione a terzi della tecnologia intervengono le royalty.

poi, se ci pensi, gia' oggi puoi farti comodamente un pacco da 10kW con le 18650 (scomodo, ma funzionale), solo che ti costa molto di piu' per ogni kW, e se ce ne vuoi mettere molti di piu', diventa un molto x molto piu' costoso!!

ad occhio e croce non credo che scenderanno sul prezzo $ al kW, almeno per i primi 3 o 4 anni.
le nuove tecnologie sulle batterie stanno per presentarsi al mercato, ma hanno spazio operativo per almeno qualche altro anno, e devono "spremere il limone"...

di contro, pero', la vecchia tecnologia potrebbe scendere sufficientemente di prezzo, perche' non concorrenziale (su altri aspetti, come peso e volume totale assoluto), e chi non acquista le royalty per la nuova tecnologia (e saranno colossi, in grado di produrre realmente tanto), sarà costretto a cedere un po' di profitto.
purtroppo le quotazioni delle batterie e' piu' altalenante del prezzo del petrolio!
dipende dalla diffusione e dalla disponibilità sul mercato... oggi sono altine; portatili e cellulari si vendono meno da parecchio, ed hanno chiuso un po' i rubinetti della produzione.

per i cellulari che arrivano a fine giornata, no... non ci sperare.
per aumentare le (inutili) prestazioni stanno alzando i livelli di consumo;
se consuma si deve raffreddare;
se si deve raffreddare crescono i sistemi di dissipazione (siamo arrivati alle headpipe anche nei cellulari!);
se questi crescono diminuisce lo spazio dedicato alla batteria;
una batteria con una capacità superiore verrà tradotta in elementi piu' piccoli e non con piu' carica;
unisci cosi la stessa carica o poco piu' con un consumo piu' elevato... otterrai che, come prima, a fine giornata ci arrivi a stento (poi, tanto, che ci fai che ti dura una giornata di lavoro e una notte in standby?).

[jumpjack]

Se finalmente inizia la produzione su scala industriale invece che a 1 milligrammo per volta in laboratorio, potrebbero davvero finalmente vedere la luce le batterie al grafene.

Questo è un modo un po' bizzarro per avviare la produzione su larga scala, ma tant'è...
Comoda e resistente: ecco la prima scarpa in grafene - Repubblica.it

[jumpjack]

Qui vendono batterie al grafene da 5000 cicli, ma non so a che prezzo, e anche le nuove batterie NCM, una specie di evoluzione "non incendiaria" delle Lipo:
NCM EV Battery - Shenzhen Westart Technology Co.,Ltd.

[jumpjack]

La Kokam dice di avere batterie che non solo sono NMC (modernizzazione delle LiPo, ora più sicure), ma sono anche MEGLIO delle NCM "comuni":
Cell - Kokam - Great Power for Everyone

[jumpjack]

Studio su durata battrie NMC:
http://mat4bat.eu/wp-content/uploads...leau_EIGSI.pdf

Durano migliaia di cicli.
A basse temperature (5°C) perdono "subito" (dopo 1000 cicli) "molta" capacità (nel senso che si riducono subito all'80% della capacità iniziale, però poi si mantiene comunque costante per migliaia di cicli).

Diciamo insomma che dopo 1000 cicli una LiFePO4 arriva a fine vita, mentre una NMC è solo all'inizio, perchè ne durerà altri 2-3000.


Io però devo ancora capire dove comprarle!

[cristiano2B]

Diciamo insomma che dopo 1000 cicli una LiFePO4 arriva a fine vita

le LiFePO4 durano 2000 cicli dod 80%, 3000 cicli dod 70%

molto interessante il pdf

[jumpjack]

Ricerca e sviluppo in corso in Svizzera su celle NMC della Leclanche:
http://www.batteries2020.eu/publicat...ufacturing.pdf


Con le NMC è anche più facile conoscere lo stato di carica (SoC), perchè la curva di scarica non è completamente piatta:
http://www.batteries2020.eu/publicat...tery_final.pdf (p.22)

Lo svantaggio è che i dispositivi che le usano devono sopportare un range di tensione ampio: 0.7V/cella, cioè:
48V/14S --> 9.8V
60V/16S --> 11.2V
330V/90S (auto) --> 63.0V

Per confronto, una LiFePO4 completamente carica sta a 3,4V, una al 10% di carica sta a 3V,

[jumpjack]

Batteria NCM per ciclomotori a 48V:

48V/75Ah (3600 Wh).
Dimensioni 381x220x133 mm (11,14 litri)
Peso 19.5 kg.
Potenza continua: 10 kW (3C)
Potenza di picco: 8 kW (5C)
Ricarica standard: 15A (C5, ricarica in 5 ore)
Ricarica veloce: 75A (C1, ricarica in un'ora)


323 Wh/L
184 Wh/kg
2500 cicli con DoD 80% (= 9.000.000 Wh, 200.000 km con un ciclomotore elettrico).


Batteria NCM per scooteroni da 60V:

60V/50Ah (3000 Wh)
Dimensioni 315x220x133 mm (9,21 litri)
Peso 16.5 kg.
Potenza continua: 9 kW (3C)
Potenza di picco: 15 kW (5C)
Ricarica standard: 10A (C5, ricarica in 5 ore)
Ricarica veloce: 50A (C1, ricarica in un'ora)


325 Wh/L
181 Wh/kg
2500 cicli con DoD 80% (= 7.500.000 Wh, 125.000 km con uno scooterone elettrico)

[lucusta]

jumpjack,
il discorso dei cicli e' relativo.
puo' andare bene anche una batteria che ha solo 500 cicli "buoni", ma un'enorme capacità, come puo' andare bene una batterie ache ha moltissimi cicli, ma una bassa capacità.
dipende essenzialmente dall'autonomia totale garantita.
se il target di percorrenza è di 30Km al giorno, anche una batteria con poca capacità va' bene, basta che abbia realmente molti cicli, perche' la devi ricaricre 1 o 2 volte al giorno.
le LTO, ad esempio, sono affascinanti perche' hanno ratei di carica realmente elevati, fino a 6C, ossia caricano in 10-15 minuti; non hanno elevata capacità, ma hanno decine di migliaia di cicli... a 20 minuti a carica, basta che hai anche 60Km di autonomia, soddisfi un sacco di condizioni.
le celle LiPo invece, se ben trattate e ben settate come capacità del pacco, possono permettere enormi percorrenze, quindi anche se fanno "solo" 500 cicli, la percorrenza totale e' la medesima.
ad oggi ancora non esiste la batteria perfetta (alta capacità e alto numero di cicli), ma per una batteria ottima per lo specifico uso del proprio mezzo, invece, la scelta si è ampliata enormemente.

[cristiano2B]

completamente d'accordo.
personalmente preferisco 500 cicli con alta capacità, per 3 motivi:
1) autonomia grande, significa niente soste x rifornimenti
2) ogni volta che carichiamo, perdiamo dal 15 a 35% dell'energia, a seconda della chimica
3) con maggiore capacità, posso decidere quando caricare (di notte e nei we), con minore capacità sono costretto a caricare quando il pacco è scarico.

[jumpjack]

completamente d'accordo.
personalmente preferisco 500 cicli con alta capacità, per 3 motivi:

2) ogni volta che carichiamo, perdiamo dal 15 a 35% dell'energia, a seconda della chimica

?!???

Comunque io aggiungo un quarto punto:
4) Se le batterie "finiscono" prima, possiamo poi installare batterie più moderne; se invece metto batterie da 4000 cicli, mi tocca tenermele fino al 2025!
Per uno "sperimentatore/pioniere" è una noia. :-)

Quindi probabilmente mi farò una batteria di celle panasonic da 300 cicli e 250 Wh/kg piuttosto che una di celle NCM da 4000 cicli e 150 Wh/kg.
Ma tutto dipende poi dal prezzo...

[cristiano2B]

Comunque io aggiungo un quarto punto:
4) Se le batterie "finiscono" prima, possiamo poi installare batterie più moderne; se invece metto batterie da 4000 cicli, mi tocca tenermele fino al 2025!
Per uno "sperimentatore/pioniere" è una noia. :-)

no jump
rileggi bene il post di locusta in cui spiega chiaramente il concetto:
le celle a bassi cicli, non finiscono prima in termini di tempo, se ben dimensionate durano esattamente come quelle ad alti cicli

[richiurci]

forse sfugge il fatto che oltre il numero di cicli c'è anche un invecchiamento... prima o poi le batterie muoiono pure a tenerle cariche su uno scaffale.

Altrimenti le piramidi le avrebbero fatte con le NCM

[jumpjack]

Sull'invecchiamento su scaffale purtroppo i fornitori non forniscono dati, e di letteratura ce n'è ancora poca... E intanto le chimiche si moltiplicano: la "ricerca a posteriori" (leggasi: studio delle performance effettive) non riesce a tenere il passo con la "ricerca a priori" (leggasi: invenzione di nuove batterie).
Comunque ho l'impressione che stia per succedere come coi pannelli solari, che nel giro di un anno crollarono da 2 a 0,5 euro/watt perche' tutti si misero a produrli.
Qua si sta prospettando l'apertura improvvisa di un mercato da miliardi di euro, quindi mi sa che parecchie aziende stanno per buttarsi a capofitto in questa scommessa... e noi ci ritroveremo piacevolmente tra le mani batterie da 100$/kWh! :-)

[cristiano2B]

forse sfugge il fatto che oltre il numero di cicli c'è anche un invecchiamento...

ragazzi...
rileggete il post di lucusta in cui spiega molto chiaramente che se il rapporto cicli/capacità è costante, lo è anche il tempo e quindi anche l'invecchiamento

[cristiano2B]

Comunque ho l'impressione che stia per succedere come coi pannelli solari, che nel giro di un anno crollarono da 2 a 0,5 euro/watt perche' tutti si misero a produrli.

vorrei tanto che fosse così
purtroppo la tecnologia del FV è abbastanza povera se fatta con giunzioni non dell'ultimo tipo e in molti possono produrla
la tecnologia delle batterie invece è più complessa, anche se non complessissima e bisogna aver un certo grado di specializzazione per produrle, certo è che col tempo, questa specializzazione arriverà a molti più produttori rispetto a oggi.
Inoltre in ambito di materie prime industriali, il litio è enormemente più costoso del silicio e perciò un abbassamento repentino tipo quello FV, non ci può essere.
Lo scenario più plausibile sembra essere quello di una lenta discesa dei prezzi delle batterie a scaglioni in base alle nuove tecnologie.
Esempio: col grafene sicuramente si abbasserà il prezzo, perchè ci vuole la metà del litio per avere le stesse prestazioni, quindi passato questo step iniziale della novità del grafene dove i prezzi sono ancora alti, i prezzi caleranno lentamente fino alla prossima implementazione tecnologica e così via.

[richiurci]

questa non l'ho capita... e non è vero.

Per un impiego normale, che prevede 1-2 cicli di ricarica al giorno anzi tipicamente meno, non servono migliaia di cicli perchè è presente un invecchiamento anche in assenza di uso, i veicoli invecchiano ecc ecc

E poi ricordiamo che dopo i cicli citati le batterie non sono da buttare ma hanno solo perso un tot di capacità?

Insomma... bisogna fare un rapporto costo/benefici, e non è facile perchè siamo agli inizi ma...

Le mie "bistrattate" LiFeYPO4 dopo più di 3 anni e 40000km non mostrano segni di cedimento. Vedremo ma... più che un aumento del numero di cicli a me sembra urga una riduzione costo, peso e ingombro al kWh

[cristiano2B]

è chiaro che bisogna restare nei parametri dei costruttori, un conto è fare una stima decennale ed un altro farla trentennale, è ovvio che cambia.
ma tutti abbiamo dato per scontato un uso decennale e in dieci anni vale quello scritto più sopra "se il rapporto cicli/capacità è costante, lo è anche il tempo"

dal punto di vista della vita presunta, un pacco da 3kWh con 3000 cicli, corrisponde ad uno da 9kWh con 1000 cicli
nello stesso arco di tempo (10 anni)
con tutte le differenze possibili ed immaginabili in fatto di Cmax di scarica, Cmax di carica, etc. etc.

[jumpjack]

ragazzi...
rileggete il post di lucusta in cui spiega molto chiaramente che se il rapporto cicli/capacità è costante, lo è anche il tempo e quindi anche l'invecchiamento

invecchiamento e cicli sono due cose completamente distinte e indipendenti.
Una cella può morire di vecchiaia anche se non la carichi/scarichi nemmeno una volta, basta tenerla su uno scaffale per 10 anni.
Infatti la A123 produce celle con un foro di riempimento, e le riempie solo al momento di venderle (come si fa con le batterie al piombo).