Com’è composta?
Di base, una batteria al litio (o meglio, una batteria agli ioni di litio, o Li-ion) è composta da una serie di componenti chimiche racchiuse in un involucro, connesse con l’esterno attraverso due estremità metalliche, l’una positiva e l’altra negativa.
Quando queste due estremità vengono messe in contatto tra loro (tramite un materiale conduttore), viene scatenata una reazione che porta le particelle interne della batteria a unirsi e separarsi in maniera continua, in modo da produrre altri elementi chimici, denominati ioni.
In particolare, gli ioni si occupano di produrre l’energia atta ad alimentare la batteria, mentre gli elettroni si occupano di generare l’elettricità necessaria per far funzionare il dispositivo alla quale essa è collegata (smartphone, tablet, notebook e così via).
Come funziona una batteria al litio
Una batteria agli ioni di litio è composta da uno o più parti elettroniche in grado di generare energia, denominate celle, ciascuna cella si compone principalmente di tre elementi:
un elettrodo positivo (catodo), un elettrodo negativo(anodo), e una sostanza chimica (elettrolita).
Le batterie di questo tipo sono generalmente ricaricabili, quindi in grado sia di accumulare energia (in fase di carica) che di rilasciarla (in fase di scarica):
questo meccanismo è reso possibile dal flusso di ioni ed elettroni, ossia di piccole particelle che si “staccano” dagli atomi, le quali viaggiano dall’anodo al catodo e viceversa attraverso l’elettrolita.
Quando la batteria raccoglie energia e si trova in fase di carica, il catodo “cede” alcuni dei suoi ioni di litio, che viaggiano attraverso il materiale elettrolita, seguendo il circuito interno, e vengono accumulati all’interno dell’anodo, nel quale scorrono continuamente, generando energia e caricandosi negativamente.
Quando gli ioni di litio provenienti dal catodo smettono di circolare attraverso materiale elettrolita, il processo si interrompe e la batteria è carica.
Quando, invece, la batteria cede energia e si trova in fase di scarica, avviene il processo inverso:
gli ioni, seguendo il circuito esterno di ciascuna cella nel senso opposto, circolano dall’anodo al catodo, fornendo energia alla batteria (e al dispositivo connesso); quando essi giungono a destinazione si combinano agli elettroni presenti nel catodo, depositandosi lì.
Quando l’anodo non ha più ioni di litio da cedere, il processo si interrompe:
in questo caso la batteria è completamente scarica.
È proprio la distanza percorsa dagli ioni di litio a determinare il tempo necessario a caricare e scaricare una batteria:
giacché la prima delle due fasi avviene su un circuito interno e l’altra su un “percorso” esterno, va da sé che la fase di ricarica della batteria sia ben più rapida rispetto a quella di scarica.
Tuttavia, come certamente saprai, l’autonomia di una batteria agli ioni di litio è estremamente variabile, in base al tipo di dispositivo che essa alimenta e alle attività che vengono svolte.
Ciascuna cella, inoltre, implementa dei meccanismi di sicurezza mirati alla riduzione dei problemi dovuti a surriscaldamento:
se la cella e/o la batteria raggiunge una temperatura troppo elevata durante la fase di carica, il flusso di energia in ingresso viene immediatamente interrotto e, di conseguenza, essa non può più ricevere carica.
Curiosità
Sebbene le batterie agli ioni di litio siano dominate dallo stesso principio di funzionamento, esse non sono tutte uguali:
ne esistono infatti di diverse tipologie e caratteristiche, variabili principalmente per i materiali con cui anodo, catodo ed elettrolita sono composti.
Per esempio, la maggior parte delle batterie presenti su smartphone, tablet, notebook e powerbank è di tipo Litio-Ossido di cobalto/LCO (o LiCoO2):
essa è formata da un catodo in ossido di cobalto e un anodo di grafite.
Le batterie delle auto elettriche, invece, sfruttano la combinazione chimica litio, nichel, manganese e ossido di cobalto/LiNMC (LiNiMnCoO2):
il catodo, in questo caso, è realizzato in nickel, manganese e cobalto.
Fonte: www.aranzulla.it
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