Batterie
Le batterie rappresentano una tecnologia fondamentale per il funzionamento di dispositivi elettronici e l’accumulo di energia. Nel corso degli anni, le batterie hanno subito un’evoluzione significativa, dalla prima cella a secco fino alle più recenti batterie a stato solido.
La prima cella a secco fu inventata nel 1800 da Alessandro Volta. Era costituita da un disco di zinco e uno di rame separati da un foglio di carta bagnato con una soluzione salina. Questo design ha reso possibile la produzione di corrente elettrica, ma era limitato dalla sua bassa capacità e durata. Nel corso dei successivi due secoli, gli scienziati hanno lavorato per migliorare le prestazioni delle batterie.
Nel 1866, Georges Leclanché ha inventato la cella Leclanché, che utilizzava una soluzione di cloruro di ammonio come elettrolita. Questa batteria ha migliorato la capacità e la durata della cella a secco di Volta. Nel 1881, Carl Gassner ha introdotto la batteria a secco moderna, che utilizzava una pasta di cloruro di zinco come elettrolita. Questa batteria ha migliorato ancora di più la capacità e la durata delle batterie.
Negli anni 50, le batterie al nichel-cadmio sono state introdotte sul mercato. Queste batterie erano più leggere e avevano una maggiore capacità rispetto alle batterie a secco. Tuttavia, il cadmio è un metallo tossico e le batterie al nichel-cadmio hanno iniziato a essere rimpiazzate dalle batterie al nichel-metallo idruro e al litio.
Le batterie al nichel-metallo idruro sono state introdotte nel 1989. Queste batterie erano ancora più leggere delle batterie al nichel-cadmio e non contenevano materiali tossici. Tuttavia, avevano una capacità inferiore rispetto alle batterie al litio.
Le batterie al litio sono state introdotte per la prima volta nel 1991. Queste batterie sono state un’innovazione importante nel campo delle batterie perché avevano una capacità significativamente maggiore
rispetto alle batterie al nichel-metallo idruro. Inoltre, le batterie al litio erano anche più leggere e più piccole delle batterie precedenti.
Nel corso degli anni, le batterie al litio sono diventate sempre più popolari e sono state utilizzate in una vasta gamma di dispositivi elettronici, dai telefoni cellulari ai computer portatili. Tuttavia, le batterie al litio presentano alcuni svantaggi. Ad esempio, possono essere pericolose se vengono sovraccaricate o surriscaldate e possono avere problemi di sicurezza se danneggiate.
Per ovviare a questi problemi, gli scienziati hanno lavorato per sviluppare nuove tecnologie di batterie. Le batterie a stato solido sono una di queste tecnologie.
Batterie celle al litio
Le batterie al litio sono una tecnologia di batterie ricaricabili molto comune utilizzata in molti dispositivi elettronici portatili come telefoni cellulari, computer portatili, tablet, fotocamere elettroniche e molte altre applicazioni; utilizzano ioni di litio che si spostano tra gli elettrodi positivi e negativi all’interno della cella della batteria. Durante la ricarica, gli ioni di litio si spostano verso l’elettrodo positivo e vengono immagazzinati lì. Quando la batteria viene utilizzata, gli ioni di litio si spostano verso l’elettrodo negativo, generando energia elettrica.
Quest’ultime, sono apprezzate per la loro elevata densità energetica, il che significa che possono immagazzinare molta energia in un volume relativamente piccolo. Sono anche molto leggere rispetto ad altre tecnologie di batterie ricaricabili, il che le rende ideali per l’uso in dispositivi portatili.
Tuttavia, possono essere pericolose se non vengono utilizzate correttamente. Le batterie al litio possono surriscaldarsi e persino esplodere se vengono esposte a temperature estreme o se vengono danneggiate. Pertanto, è importante trattarle con cura e seguire le istruzioni del produttore per la loro corretta gestione e ricarica.
Ci sono diversi tipi di batterie al litio, tra cui:
- Batterie al litio-ion (Li-ion): sono le più comuni e utilizzate in molte applicazioni elettroniche. Sono leggere, ad alta densità di energia e hanno una bassa auto-scarica. Sono anche relativamente economici e possono essere ricaricati molte volte.
- Batterie al litio-polimero (Li-po): sono simili alle batterie al litio-ion, ma sono più sottili e flessibili. Sono spesso utilizzati in dispositivi più piccoli come telefoni cellulari, tablet e smartwatch.
- Batterie al litio-ferro-fosfato (LiFePO4): sono più costose rispetto alle batterie al litio-ion ma sono anche più sicure e hanno una maggiore durata. Sono spesso utilizzati in veicoli elettrici e in sistemi di stoccaggio dell’energia solare.
- Batterie al litio-manganese (Li-Mn): sono simili alle batterie al litio-ion, ma utilizzano manganese al posto del cobalto, rendendole più sicure. Sono spesso utilizzati in applicazioni di alta potenza come attrezzature mediche e utensili elettrici.
- Batterie al litio-cobalto (Li-Co): sono utilizzati in molte applicazioni elettroniche, ma sono anche tra i più costosi e possono essere pericolosi se non vengono gestiti correttamente. Sono spesso utilizzati in droni elettrici e macchine fotografiche digitali di alta qualità.
- Batterie al litio-nichel-cobalto-alluminio (Li-Ni-Co-Al): sono utilizzati in applicazioni di alta potenza come i veicoli elettrici. Sono simili alle batterie al litio-cobalto ma con una maggiore durata e stabilità termica.
Batterie a stato solido
Le batterie a stato solido sono una tipologia di batterie in cui l’elettrolita liquido presente nelle tradizionali batterie viene sostituito da un materiale solido, solitamente un polimero conduttore ionico. Questo rende le batterie a stato solido più sicure, poiché non ci sono rischi di fuoriuscite o esplosioni legati alla presenza di sostanze liquide altamente infiammabili.
Inoltre, offrono anche una maggiore densità energetica e una maggiore efficienza rispetto alle batterie tradizionali, il che le rende molto promettenti per l’uso in una vasta gamma di applicazioni, come ad esempio nell’ambito dei veicoli elettrici o dei dispositivi elettronici portatili.
Tuttavia, al momento le batterie a stato solido sono ancora in fase di sviluppo e produzione di massa, e ci sono ancora alcune sfide da affrontare, come la scarsa conducibilità ionica dei polimeri utilizzati come elettroliti solidi e la necessità di ridurre i costi di produzione.
Esistono diverse tipologie di batterie a stato solido, tra cui:
- Batterie a stato solido a ioni di litio: sono basate sullo stesso principio delle batterie al litio attualmente in uso, ma utilizzano un elettrolita solido invece di uno liquido. Questo consente di aumentare la densità di energia e la sicurezza, ridurre il rischio di incendio e di esplosioni.
- Batterie a stato solido a ioni di sodio: sono simili alle batterie a ioni di litio, ma utilizzano sodio invece di litio come materiale attivo. Il sodio è più abbondante e meno costoso del litio, e le batterie a stato solido a ioni di sodio potrebbero quindi essere una soluzione più sostenibile.
- Batterie a stato solido a idrogeno: sono basate su un elettrolita solido che contiene idrogeno. Questo tipo di batteria potrebbe essere utilizzato per il trasporto di idrogeno in modo più sicuro ed efficiente rispetto alle tradizionali celle a combustibile a idrogeno.
- Batterie a stato solido a metallo-aria: sono basate sull’interazione tra un metallo (ad esempio litio, sodio, magnesio) e l’ossigeno dell’aria per produrre energia. Questo tipo di batteria potrebbe offrire una maggiore densità di energia rispetto alle batterie al litio e una maggiore sicurezza.
Batterie a stato solido a polimeri conduttori: sono basate sull’utilizzo di polimeri conduttori come elettroliti solidi. Questo tipo di batteria potrebbe offrire una maggiore flessibilità e adattabilità rispetto alle batterie a stato solido a ioni di litio.
