Batterie al litio, la scelta migliore! Come funzionano?

Le batterie a litio, introdotte dai primi anni ’90, hanno rivoluzionato la nostra vita e soprattutto quella di portatili, smartphone ed in generale componenti elettroniche. Il loro impatto è stato talmente importante che inventori hanno conquistato il premio Nobel per la chimica. Stanley Whittingham ha avuto il merito di sviluppare le prime batterie a ioni di litro, mentre Akira Yoshino e John B. Goodenough ne hanno perfezionato le prestazioni in termini di potenza e di sicurezza.

Quello che un tempo era un semplice prototipo oggi è diventato un prodotto commerciale diffusissimo in vari settori. Le batterie al litio possono essere ricaricate tantissime volte, senza decadimenti delle prestazioni. I vantaggi sono evidenti sia da un punto di vista ecologico che di risparmio energetico.

Come funzionano le batterie al litio?

Il protagonista principale del processo di ricarica è il litio, un metallo leggero che ha una carica positiva per la perdita di un elettrone. Le batterie a litio possono essere ricaricate per anni senza perdere di efficacia e sono in grado di immagazzinare l’energia elettrica per utilizzarla al momento del bisogno. Tutto questo avviene attraverso il flusso di elettroni tra due elettrodi, che passa dall’elettrodo negativo (anodo) a quello positivo (catodo) e viene ripristinato nel momento in cui le batterie sono ricaricate.

Perché le batterie al litio sono le più richieste sul mercato?

Le batterie al litio ricaricabili hanno trovato un ampio utilizzo non solo nei dispositivi di tipo consumer, ma anche nei cosiddetti data center. L’Internet of Things ha installato dispositivi di elaborazione e di rete al di fuori delle tradizionali aree del data center. Siti, uffici, aziende o impianti eolici e solari sono collegati tra di loro da un filo invisibile.

Questo filo rischia però di spezzarsi se uno solo dei componenti della catena dovesse funzionare male o presentare problemi, in relazione soprattutto alla rete elettrica. Per evitare ogni problema piccole, medie e grandi imprese si sono dotate di gruppi di continuità (UPS) che alimentano i dispositivi in caso di problemi.

Gli UPS di ultima generazione sono dotati di batterie agli ioni di litio (Li-on) e risultano più piccoli e leggeri, ottimizzando così lo spazio. Aumenta anche la disponibilità di storage energetico e quindi è più facile prevedere guasti. Infine durano di più ed hanno costi di manutenzione ridotti.

Differenze tra le batterie al litio e le altre sul mercato

Le batterie ricaricabili al litio fondamentalmente hanno sostituito quasi del tutto le batterie piombo-acido (VRLA), utilizzate fino a qualche anno fa ma ormai prossime alla pensione.

Le batterie al litio danno sicuramente più energia e maggiore densità di potenza rispetto a quelle piombo-acido. I vani che ospitano le batterie al litio occupano meno spazio e questo minore ingombro garantisce una riduzione del fabbisogno di raffreddamento e di peso. Il risultato è quindi un dispositivo più leggero e maneggevole, senza ulteriori modifiche per inserire batterie più pesanti ed ingombranti.

Le batterie agli ioni di litio dispongono di sofisticati sistemi di monitoraggio della batteria, fornendo quindi una panoramica complessiva sul suo tempo di funzionamento o sullo stato di salute. Le batterie VRLA invece si basano su un funzionamento chimico, quindi individuarne il termine del ciclo vitale risulta più complesso.

Le batterie al litio sono scaricabili fino al 100% e nell’utilizzo quotidiano la percentuale di scarica consigliata è dell’80%. Le batterie al piombo teoricamente sono scaricabili fino all’80% ma, se ogni giorno vengono scaricate mediamente fino a questa percentuale, hanno una durata molto breve.

Tra le alternative delle batterie al litio ci sono le batterie a nichel-cadmio, il cui utilizzo però è sempre meno diffuso. Le batterie a nichel-cadmio hanno bisogno di esaurirsi completamente prima di poter essere ricaricate, in quanto rischiano di soffrire il cosiddetto “effetto memoria”. Diversamente le batterie a litio non perdono la capacità di immagazzinare corrente se vengono caricate parzialmente, quindi sono immuni dall’effetto memoria.

Le varie tipologie di batterie al litio

Nella famiglia delle batterie al litio possiamo individuare le seguenti tipologie:

• le batterie agli ioni di litio sono quelle più diffuse e meglio note come batterie ricaricabili. Sono celle molto leggere e con un’elevata densità di energia. Inizialmente venivano utilizzate solo in particolari dispositivi con determinati requisiti energetici, mentre oggi hanno trovato un’ampia diffusione in svariate applicazioni;
• le batterie a polimeri di litio sono definite batterie secondarie e, pur avendo caratteristiche diverse rispetto alle batterie agli ioni di litio, ne condividono vari aspetti. Sono celle ad alta densità di energia e risultano leggere e a basso spessore;
• le batterie al litio cloruro di tionile sono celle primarie, quindi non possono essere ricaricate. Queste celle assicurano una tensione costante a 3,6 V durante il tempo di scarica e si caratterizzano per un’elevatissima densità di carica.