Pregi e difetti delle batterie al litio

Quando si parla di batterie al litio, spesso si fa confusione su quali siano le corrette modalità di utilizzo di questo tipo di pila e ancora più spesso si confondono le modalità d’uso delle moderne batterie al litio (o agli ioni di litio) con le vecchie e oramai desuete batterie al nichel.

La “manutenzione”

La prima, fondamentale cosa da ricordare quando si usano dispositivi che fanno uso di batterie al litio è che questi generatori di energia vanno inizializzati. Con il termine inizializzazione si intende un processo di carica completa della batteria che si deve effettuare quando si acquista un nuovo dispositivo. La carica completa, solitamente richiede un tempo variabile tra le cinque e le sette ore. Perché si deve procedere con l’inizializzazione al momento dell’acquisto? Il motivo è molto semplice ed è il seguente: a differenza delle vecchie batterie al nichel, quelle al litio non presentano quello che veniva definito l’effetto memoria e che portava a sbilanciamenti dei limiti inferiori e superiori di carica quando non si procedeva a caricare e scaricare la batteria nel modo giusto. Le batterie al litio non vanno mai scaricate completamente, anzi: una batteria completamente scarica va ricaricata quanto prima per non rischiare che si rovini o addirittura diventi inutilizzabile. Dopo l’inizializzazione, proprio per via della mancanza dell’effetto memoria, le batterie a litio possono essere ricaricate anche quando non sono completamente esaurite e, allo stesso modo, possono essere staccate dalla corrente anche se non hanno raggiunto il cento per cento di ricarica.
Tuttavia, questo non significa che le batterie al litio possono essere utilizzate sempre con cariche incomplete: ogni tot cicli di ricariche parziali, a seconda del tipo di batteria, può essere conveniente, per assicurarsi un corretto uso della stessa, effettuare nuovamente una carica totale, partendo da batteria completamente scarica. Queste operazioni permettono di mantenere in vita più a lungo la batteria.

Pro e Contro

Sicuramente la possibilità di ricaricare le pile al litio in qualsiasi momento, senza dover aspettare che siano completamente scariche, rappresenta un grande vantaggio, ma non l’unico di questo tipo di batteria. Infatti, rispetto ad altri tipi di batterie, quelle al litio presentano anche un’efficienza maggiore e, se utilizzate nel modo corretto, una durata maggiore.
Anche il prezzo, che è maggiore rispetto ad altri tipi di batterie, viene facilmente ammortizzato grazie alla maggiore durata ed al risparmio energetico che ne deriva, facendo sì che l’acquisto di una batteria al litio possa considerarsi più un investimento che una semplice spesa. Inoltre, a differenza delle vecchie batterie al nichel o anche di quelle a piombo, le batterie al litio non sono tossiche e sono meno inquinanti.

Principali tipologie di batteria al litio

Ma cosa si intende quando si parla di batterie al litio? Si possono intendere diverse tipologie di batteria, tra cui le principali sono quelle a litio polimeriche, quelle a litio-ferro-fosfato, quelle a litio-cobalto, quelle a litio-ossido di manganese e quelle a litio-ossido di titanio. In comune, tutte queste batterie hanno l’elettrolita, che è appunto un sale di litio mentre quello che cambia è il materiale usato al catodo.
Analizzando le varie tipologie di catodo che caratterizzano le batterie al litio si potrà notare che ognuno presenta delle caratteristiche differenti che lo rendono più o meno utile in determinati contesti e per determinati usi.

Le batterie a litio-ferro-fosfato, ad esempio sono caratterizzate da un’elevata stabilità termica, più elevata rispetto a qualunque tipo di batteria, al litio e non. Possono essere ricaricate per due-tremila cicli mantenendo inalterate le proprie caratteristiche. Per questo motivo sono molto utilizzate per i sistemi di accumulo e per le ultime generazioni di pannelli fotovoltaici.

Il tipo di batteria al litio più comune è quello a litio-cobalto: si tratta della batteria solitamente utilizzata per i dispositivi mobili più comuni, dai laptop ai tablet agli smartphone. Pur essendo molto versatile, presenta il difetto di riscaldarsi facilmente.

Le batterie a litio-ossido di manganese, invece, vengono utilizzate in strumenti che lavorano ad elevate temperature, perché riescono a mantenere ottime prestazioni anche per valori di temperatura più alti della temperatura ambientale. Tuttavia, nonostante abbiano anche il pregio di avere un costo ridotto, presentano il difetto di offrire un rendimento energetico medio minore rispetto alle litio-cobalto.

Le batterie in litio-ossido titanio rappresentano una particolarità rispetto a tutte le altre perché non sono caratterizzate da questi elementi all’catodo ma all’anodo. Tutti i precedenti modelli di batteria, infatti, presentano il catodo in grafite e l’anodo in elementi differenti, come già riportato. In questo caso, invece, è l’anodo ad essere caratterizzato dalla presenza di un particolare elemento che sostituisce la grafite, ossia l’ossido di titanio. Questa scelta porta soprattutto ad evitare il pericolo di combustione dell’anodo di grafite.

Completamente differenti per struttura, infine, sono le batterie al litio polimeriche. Le normali batterie, infatti, presentano l’elettrolita in sale di litio solitamente disciolto in un solvente di tipo organico. In questo particolare tipo di batteria, invece, il solvente è inglobato in un polimero solido. Si tratta, ancora una volta, di una scelta nata per ottenere un miglioramento non solo del rendimento, ma anche della sicurezza: i polimeri solidi, infatti, a differenza dei composti organici liquidi, non sono infiammabili e, soprattutto, non evaporano con l’eccessivo calore.

La ricerca di nuove tecnologie

Le nuove ricerche tecnologiche in corso, sempre alla ricerca di miglioramenti delle prestazioni e diminuzioni dei difetti delle batterie al litio, stanno inoltre sperimentando batterie con celle di litio-zolfo e litio-aria, che dovrebbero risultare più performanti rispetto a tutti i modelli fino ad ora normalmente utilizzati.

Per approfondimenti sull’argomento:

http://www.elio.org/iw2bsf/litio_batt.pdf

http://www.uttei.enea.it/veicoli-a-basso-impatto-ambientale/file-veicoli-basso-impatto-ambientale/le-batterie-al-litio

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