batteria al litio ionica
Le batterie agli ioni di litio sono diventate un componente indispensabile in un'ampia gamma di dispositivi e veicoli, dai computer portatili e telefoni cellulari alle auto ibride ed elettriche. I loro vantaggi spaziano dall'elevata densità energetica, alla ricaricabilità e alla leggerezza (fino al 70% più leggere delle batterie al piombo); maggiore sicurezza senza produrre sottoprodotti tossici come fanno le batterie al piombo; inoltre non producono sottoprodotti tossici come fanno le batterie al piombo; pertanto i loro produttori lavorano instancabilmente allo sviluppo di migliori materiali per catodi/anodi, elettroliti solidi che garantiscano batterie ad alta capacità per un utilizzo sicuro all'interno delle batterie – proprio per mantenere questi vantaggi!
Tra le innovazioni più recenti figura una batteria al litio ionico che utilizza un polimero a base di liquido ionico come elettrolita, invece dei solventi organici volatili, come il cobalto, impiegati nelle attuali batterie al litio come materiale elettrolitico. Questo sviluppo rivoluzionario promette una maggiore densità energetica a costi inferiori, con una minore dipendenza da metalli costosi e problematici come il cobalto, presenti nelle batterie al litio odierne.
Le batterie agli ioni di litio sono costituite da un anodo, un catodo, un separatore e un elettrolita; l'anodo immagazzina gli ioni di litio mentre il catodo funge da serbatoio di elettroni; il separatore, invece, blocca il flusso di elettroni all'interno della batteria. Infine, l'elettrolita trasporta gli ioni di litio caricati positivamente tra l'anodo e il catodo durante la scarica e li riporta all'anodo durante la carica attraverso processi di intercalazione/deintercalazione che avvengono simultaneamente – questo processo è noto in termini tecnici come intercalazione/deintercalazione.
Un anodo, tipicamente costituito da grafite, è abbinato a un catodo realizzato con solfuri o nitruri metallici non infiammabili per immagazzinare gli ioni di litio tramite intercalazione, processo in cui questi vengono fisicamente incorporati tra gli strati bidimensionali di carbonio che compongono la grafite massiccia, a fini di accumulo. La scarica della cella coinvolge un anodo che subisce una semireazione di ossidazione che rilascia ioni di litio positivi creando contemporaneamente elettroni caricati negativamente attraverso un circuito esterno; durante la scarica l'anodo subisce una semireazione di ossidazione che produce ioni di litio positivi mentre gli elettroni caricati negativamente vengono trasportati attraverso il circuito esterno al catodo dove ha luogo la semireazione di riduzione e la corrente elettrica fluisce attraverso il circuito esterno.
Ne esistono di molti tipi, come la batteria agli ioni di litio da 72 V, la batteria al litio da 12 V e 20 Ah e la batteria al litio da 20 Ah. Le reazioni di ossido-riduzione devono avvenire a temperatura e condizioni ottimali; in caso contrario, cambiamenti strutturali significativi potrebbero ridurre notevolmente la capacità della batteria e diminuirne la ciclabilità (la misura di quante cariche e scariche una batteria può sopportare prima che la sua capacità inizi a diminuire), aumentando potenzialmente la pressione interna della cella e ponendo minacce alla sicurezza di dispositivi mobili come tablet e smartphone.
