Elettrolita

Le batterie allo stato solido utilizzano tipicamente materiali solidi come ceramiche, vetro o materiali polimerici come elettroliti. Questi materiali solidi hanno strutture molto stabili e non si decompongono o deteriorano facilmente alle alte o alle basse temperature, rendendoli meno inclini alla fuga termica. Tuttavia, la loro conducibilità è relativamente bassa e il contatto interfacciale richiede ancora un'ulteriore ottimizzazione.

Le batterie agli ioni di litio utilizzano di solito elettroliti liquidi o gel costituiti da solventi organici disciolti con sali di litio. Se da un lato gli elettroliti liquidi hanno una conducibilità ionica e supportano la carica e la scarica di correnti elevate, dall'altro comportano un certo rischio di perdite. Quando la batteria subisce danni fisici o viene sovraccaricata, l'elettrolita liquido può facilmente provocare situazioni come incendi o esplosioni.

Densità di energia

La densità energetica delle batterie allo stato solido nelle applicazioni pratiche varia da 300 a 400 Wh/kg. Se si superano le sfide tecniche legate alla conducibilità ionica degli elettroliti solidi e alla stabilità interfacciale, si prevede un aumento graduale fino al valore teorico di 500 Wh/kg.

Le batterie agli ioni di litio, limitate dalle caratteristiche degli elettroliti liquidi e degli anodi di grafite, hanno in genere una densità energetica di circa 150-250 Wh/kg nelle applicazioni pratiche. Alcune batterie agli ioni di litio che utilizzano materiali e processi più avanzati possono raggiungere densità energetiche fino a 300 Wh/kg.

Capacità

Alcune batterie allo stato solido di laboratorio hanno raggiunto una capacità superiore di 20-30% a quella delle batterie agli ioni di litio e presentano un degrado più lento durante l'uso a lungo termine. Questa tecnologia non è ancora matura e attualmente è limitata dai materiali e dai processi di produzione, lasciando un notevole margine di miglioramento.

La capacità standard delle batterie agli ioni di litio varia in genere da 1000 mAh a 5000 mAh, mentre le batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni possono raggiungere gli 8000 mAh. Con l'aumentare del numero di cicli di carica e scarica, la capacità delle batterie agli ioni di litio diminuisce gradualmente e il loro tasso di conservazione a lungo termine non è buono come quello delle batterie allo stato solido.

Sicurezza

L'elettrolita solido all'interno delle batterie allo stato solido non perde, non è infiammabile, ha una buona stabilità termica e può sopportare un certo grado di danni fisici, riducendo efficacemente il rischio di incendi ed esplosioni. Inoltre, le batterie allo stato solido hanno una struttura più stabile, che ha meno probabilità di subire un degrado delle prestazioni o problemi di sicurezza dovuti alla decomposizione dell'elettrolito o al deterioramento del materiale dell'elettrodo. Hanno anche una dipendenza relativamente minore dai sistemi di protezione.

Al contrario, l'elettrolita liquido all'interno delle batterie agli ioni di litio presenta un rischio maggiore di perdite se sottoposto a impatti esterni. Gli elettroliti liquidi sono infiammabili e possono facilmente provocare cortocircuiti; sono inclini a decomporsi in ambienti ad alta temperatura, provocando una fuga termica e causando potenzialmente incendi o esplosioni. Inoltre, le batterie agli ioni di litio si affidano fortemente ai sistemi di gestione della batteria per migliorare la loro sicurezza.

Durata della vita

Le batterie allo stato solido hanno una lunga durata, in grado di superare diverse migliaia di cicli. Presentano una forte durata e possono mantenere un'elevata capacità e prestazioni anche dopo un uso prolungato.

Le batterie agli ioni di litio, invece, hanno una durata relativamente più breve, consentendo circa 800-1500 cicli di carica e scarica. Le batterie agli ioni di litio più performanti possono superare i 2000 cicli. Inoltre, dopo un uso prolungato, la loro capacità di conservazione diminuisce a causa della decomposizione e del deterioramento dei materiali interni, con un certo impatto sulle prestazioni.