Come funzionano le
batterie al litio

Come funziona una batteria al litio

La loro importanza è a prova di riconoscimento tanto che nel 2019 è stato assegnato loro un premio Nobel. L’Accademia reale della scienza svedese ha insignito dell’onorificenza per la chimica John B Goodenough, M Stanley Whittingham e Akira Yoshino, in quanto creatori delle rivoluzionarie batterie al litio.

Queste sono ormai molto diffuse nella nostra quotidianità. Si tratta delle batterie ricaricabili che troviamo nei nostri telefoni, nei computer e perfino nei veicoli elettrici. Chi ha reminiscenze di chimica dalla scuola, ricorderà che il litio è il terzo elemento nella tavola periodica: prima di lui solo idrogeno e elio. Si tratta, quindi, del metallo più leggero ed è anche per questo che la sua adozione nel campo degli accumulatori è risultata così vincente. Le batterie, però, sfruttano in realtà il litio sotto forma di ione, cioè caricato positivamente grazie alla perdita di un elettrone. Le batterie agli ioni di litio, come è più corretto chiamarle, sono batterie secondarie, ossia ricaricabili. Ogni batteria è composta da due elettrodi: il catodo ospita un composto di litio, mentre l’anodo un composto tipicamente carbonioso, come la grafite. Il litio si muove tra i due elettrodi nelle fasi di carica e di scarica. Nella fase di carica, il litio ione migra dal catodo verso l’anodo. Nella fase di scarica, il trasferimento avviene al contrario. Questa è anche la fase in cui il sistema eroga la corrente della batteria. Fornendo, quindi, l’energia necessaria al funzionamento del telefono, dell’auto elettrica o del computer portatile. 

Quali sono i vantaggi della batteria agli ioni di litio

Il vantaggio più evidente delle batterie agli ioni di litio è rappresentato dalla loro efficienza. A parità di volume e a parità di massa, rispetto alle batterie “tradizionali”, come quelle al piombo, sono in grado di erogare una quantità maggiore di energia. In poche parole: sono più piccole, più potenti, meno pesanti, riescono a erogare più energia e sono ricaricabili. Nel corso del tempo hanno cambiato numerose abitudini: la mobilità con ad esempio il monopattino elettrico, l’e-bike e l’auto elettrica ed il lavoro, rendendo i nostri telefoni e computer sempre più sottili e leggeri. 

Caratteristiche delle batterie agli ioni di litio 

Quali sono le caratteristiche a cui prestare attenzione quando si acquista un dispositivo elettronico alimentato da batteria a litio? I valori da tenere sott’occhio sono: il voltaggio (volt), i milliampereora (mA·h) e il wattora (Wh). 
   

• 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 litio possono 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. 
• 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. 
• 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. 

Quanto dura una batteria agli ioni di litio? 

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, ma 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. Questo è un processo naturale delle batterie al litio, non significa che di punto in bianco la batteria smette di funzionare ma gradualmente diventa meno efficace, questo si traduce anche in una minore efficienza rispetto al suo stato iniziale. 

Chi ha acquistato un monopattino elettrico o una e-bike, saprà già che è consigliabile ricaricare il veicolo al termine di ogni uscita. Generalmente, infatti, la massima resa è quella che avviene con la carica tra il 20% e l’80%. La ricarica garantisce lunga vita alla batteria.  

FAQ 

Per cosa vengono utilizzate oggi le batterie al litio? 
Le batterie al litio alimentano smartphone, tablet, computer portatili, auto e monopattini elettrici ed e-bike.

Perché le batterie al litio sono un importante strumento verso la transizione energetica? 
Perché permettono di immagazzinare energia in modo efficiente e sostenibile, favorendo l’uso di fonti rinnovabili e veicoli elettrici.

Perché conviene utilizzare batterie al litio? 
Perché offrono maggiore durata, leggerezza e densità energetica rispetto alle batterie tradizionali.

Conclusioni

Grazie alla loro elevata densità energetica, leggerezza e durata, le batterie al litio hanno migliorato la praticità dei nostri smartphone, tablet e laptop e ci hanno permesso di ricaricarli meno frequentemente e di portarli ovunque. 

Certo, presentano anche alcune criticità: la produzione richiede materiali rari come il litio e il cobalto, il riciclo è ancora complesso e il loro smaltimento può avere impatti ambientali se non gestito correttamente. Nonostante questi limiti, i vantaggi in termini di autonomia, efficienza e riduzione delle emissioni rendono le batterie al litio uno strumento fondamentale per la tecnologia moderna e per la transizione verso un futuro energetico più sostenibile.