Batteria al Litio: Come Funziona

Almeno una volta nella propria vita, volontariamente o meno si è utilizzata una batteria a litio. È importante però chiarire che quelle che noi chiamiamo batterie al litio sono in realtà batterie agli ioni di litio. Per questo motivo sulle batterie spesso si può trovare la sigla Li-ion, che sta appunto per ioni di litio. Per comprendere al meglio l’argomento analizzeremo:

1. Carateristiche;
2. Funzionamento;
3. Luoghi di utilizzo;
4. Vantaggi, svantaggi e limiti;
5. Durata;
6. Costi

Inoltre è bene sapere che l’utilizzo di questa particolare batteria è stato molto significativo soprattutto nell’uso di strumenti tecnologici ed elettronici. Infatti, è proprio grazie alle batterie al litio che oggi possiamo utilizzare cellulari e altri dispositivi elettronici di piccole dimensioni ma con una buona autonomia.

CARATTERISTICHE

La domanda da farsi quando si acquistano o si cercano le caratteristiche delle batterie a litio è: Quali valori devo tenere d’occhio? In questo caso la risposta è che i valori da tenere sott’occhio sono 3: il voltaggio (volt), i milliampereora (mA·h) e il wattora (Wh), come vedremo di seguito:

1. Il voltaggio determina la tensione di lavoro della batteria: si tratta, in parole semplici, del quantitativo di volt a cui deve lavorare la batteria per potersi ricaricare. Dal momento che le batterie agli ioni di litiopossono essere composte da più celle, la tensione dipende dal numero di celle di cui è costituita. La singola batteria al litio normalmente lavora intorno ai 3,6 volt. Nel caso di voltaggi superiori, come ad esempio quelli necessari per mettere in moto un veicolo elettrico, si parla di celle di batterie in serie;
2. I milliampereora definiscono invece la quantità di carica presente all’interno della batteria, cioè la quantità di corrente che è possibile erogare grazie a quella batteria;
3. Il wattora, infine, descrive la quantità di energia complessiva presente all’interno della batteria agli ioni di litio. È un valore espresso nel tempo (la potenza dei watt in un periodo di tempo). Proprio i milliampereora (mA·h) e i wattaora (Wh) ci aiutano a determinare la vita della batteria. Ovvero per quante ore può lavorare la batteria e qual è l’energia complessiva: tanto più grandi sono questi valori, tanto più durevole nel tempo sarà la batteria.

FUNZIONAMENTO DI UNA BATTERIA AL LITIO

Le batterie al litio funzionano grazie ad alcune componenti chimiche che, chiuse all’interno dell’involucro, si connettono con l’esterno grazie a due estremità: una positiva, chiamata catodo, e l’altra negativa, chiamata anodo. Chiamiamo invece la sostanza chimica elettrolita.

Quando queste due cariche opposte vengono messe in contatto, grazie alla presenza di un materiale conduttore, viene originata l’energia ovvero gli ioni. Infatti, per via delle diverse componenti chimiche le particelle all’interno della batteria tendono a unirsi e a separarsi in maniera continua. Questo produce gli ioni, appunto, ovvero l’energia che alimenta la batteria. Gli elettroni invece generano l’elettricità che serve a far funzionare il dispositivo elettronico, sia esso uno smartphone, un tablet o un notebook.

Per compiere questo processo, il flusso di ioni ed elettroni deve staccarsi dagli atomi e muoversi dall’anodo al catodo e viceversa, attraverso l’elettrolita. Quando gli ioni di litio smettono di circolare attraverso materiale elettrolita, significa che la batteria è carica. Al contrario, se la batteria cede energia significa che si trova in fase di scarica. Quando l’anodo non ha più ioni di litio da cedere la batteria è completamente scarica.

LUOGHI DI UTILIZZO

Uno dei vantaggi principali delle batterie al litio è la lenta dissipazione della carica. La fase di carica della batteria è più rapida rispetto a quella di scarica, perché la prima fase avviene su un circuito interno, mentre l’altra su uno esterno. Le batterie necessitano di molto tempo per scaricarsi, quindi possono essere utilizzate per alimentare diversi strumenti. Vengono infatti utilizzate in moltissimi ambiti soprattutto quelli domestici o quotidiani, sia le batterie al litio in formato cilindrico che a bottone, che di altre forme.

Le batterie al litio sono la principale fonte di alimentazione per quanto riguarda le attrezzature elettroniche, come smartphone, tablet e notebook, ma anche delle auto elettriche o ibride. Questo genere di batterie sono ricaricabili, quindi riescono ad accumulare energia che viene poi rilasciata.

Le batterie utilizzate per smartphone e tablet sono di tipo Litio-Ossido di cobalto. Quelle utilizzate nelle auto elettriche, invece, usano una combinazione di litio, nichel, manganese e ossido di cobalto. Non tutte le batterie agli ioni di litio hanno la stessa autonomia. Infatti molto dipende dal dispositivo che deve alimentare o dalle attività che deve andare a svolgere.

VANTAGGI, SVANTAGGI E LIMITI

La temperatura è uno degli aspetti che, ad oggi, costituisce uno svantaggio o, perlomeno, un fattore di rischio delle batterie al litio. Essendo infatti il litio un metallo parecchio pericoloso e infiammabile, un’esposizione della batteria e quindi di conseguenza del dispositivo, ad alte temperature le rende particolarmente soggette ad esplosioni. E ne siamo al corrente anche grazie a numerose testimonianze che hanno purtroppo portato alla caduta di marketing di moltissimi smartphone nel tempo.

Il sole e il calore possono essere considerati i peggiori nemici degli accumulatori al litio perché contribuiscono in modo consistente ad accelerarne il naturale invecchiamento. Se quindi lasciare, di per sé, una batteria attaccata al suo caricabatteria per un periodo eccessivamente lungo non presenta particolari problemi in merito alla sua ricarica, lo stesso non si può dire riguardo ad eventuali sbalzi di corrente o di cortocircuiti, situazioni che possono seriamente minarne l’integrità.

Un altro limite delle batterie al litio è la necessità di essere utilizzate spesso, si mantengono in salute se vengono utilizzate con frequenza. Va però considerato che le batterie agli ioni di litio possono essere utilizzate anche a distanza di mesi, pur perdendo parte del loro potenziale, l’eccessivo non utilizzo non comporta una eccessiva perdita di carica considerevole, laddove le batterie tradizionali, se non utilizzate per lo stesso lasso di tempo, arrivano a perdere anche il 50% della loro carica.

A seguito della loro struttura e composizione uno dei grandi svantaggi delle batterie al litio è che hanno una data di scadenza simbolica, indipendente dall’uso che se ne fa. Un uso saggio e corretto, limitando le situazioni di stress estremo, può sicuramente giovare alla sua performance, ma certamente non ne “allunga la vita” oltre la naturale scadenza. La loro durata oggi è decisamente inferiore rispetto alle classiche batterie NI-Mh o alle batterie al piombo, più longeve ma con il problema della minore costanza della loro efficienza.

DURATA

Come spiegato in precedenza, chiunque possieda uno smartphone lo sa: dopo qualche tempo, la batteria non è più performante come lo è subito dopo l’acquisto. Le batterie agli ioni di litio non hanno una vera e propria data di scadenza. Simbolicamente si può dire che ce l’abbiano, in quando dopo un determinato periodo di tempo, se si è fatto uso negligente delle batterie o del dispositivo, questi perdono le loro capacità iniziali.

Per tenerle in vita al meglio e il più possibile, ci sono alcuni accorgimenti da tenere a mente. Prima di tutto riguardo la manutenzione della batteria stessa, che deve essere conservata a temperatura e condizioni ambientali adeguate. Ogni batteria ha una vita che si esprime in cicli di carica e di scarica. Gli ioni di litio passano da un elettrodo all’altro, generando energia. Solitamente i dispositivi elettronici alimentati da una batteria a ioni di litio possono sfruttare diverse migliaia di cicli di carica e scarica.

Dopo questo numero, la batteria inizia piano piano a essere meno efficiente. La sua capacità è ridotta, tra il 70 e il 90%. Da questo momento in poi sarà ancora funzionante, ma durerà di meno. È un processo naturale di questo tipo di batterie. Questo non significa che di punto in bianco la batteria smette di funzionare ma sarà lentamente sempre meno efficace. Con una conseguenza immediata e visibile, che è quella di un lavoro meno efficiente rispetto al suo stato iniziale.

COSTI

A fronte dei numerosi vantaggi già elencati e spiegati in precedenza, va sottolineato che attualmente il costo delle batterie al litio è nettamente superiore rispetto a quelle delle batterie tradizionali. Se si fa un paragone con le batterie al piombo, si può verificare che una batteria al Litio, a parità di capacità, oggi costa circa 4 volte di più.

Con l’occasione si può considerare anche una pratica molto comune, ovvero quella di acquistare un nuovo dispositivo (che funzioni con batterie a litio) piuttosto che sostituire le batterie stesse. Questo però non è un consiglio finanziario o pratico, ma un’osservazione indiretta del fatto che ad oggi, poiché le batterie tradizionali vengono utilizzate maggiormente nei casi di consumi quotidiani variabili, come quelli dell’ambito domestico, e le batterie a litio vengono invece utilizzate costantemente per attività a basso consumo, sarebbe lecito che vi fosse una maggior accessibilità per le batterie a litio, in quanto saranno sempre più presenti nella quotidianità, in modo da permettere a tutti un consumo minore.