Introduzione alle batterie

Gli accumulatori sono dispositivi che convertono l’energia chimica, proveniente da reazioni di ossidoriduzione, in energia elettrica. All'interno di un accumulatore vi è quindi una sostanza che subisce ossidazione, perdendo elettroni, e un'altra che subisce riduzione, acquistandoli. La sua struttura è fatta in modo tale da riuscire a sfruttare il flusso di elettroni che si viene a creare, il quale genera una corrente elettrica continua, che viene mantenuta fino al raggiungimento dello stato di scarica, stato in cui le reazioni che si svolgono all’interno raggiungono l’equilibrio. Una batteria è composta da più celle collegate tra loro in serie, in parallelo o anche in configurazione mista. Una singola cella è generalmente costituita da due elettrodi di materiale diversi, detti anodo e catodo, immersi in una soluzione elettrolitica acquosa. A causa delle reazioni chimiche, si forma un accumulo di ioni positivi sull’anodo, mentre sul catodo si accumulano ioni negativi. Questi accumuli creano un campo elettrico all’interno della soluzione, che man mano andrà a bilanciare le forze di natura chimica che agiscono sugli ioni, raggiungendo l’equilibrio, e all’esterno, creando una differenza di potenziale tra gli elettrodi. Grazie a questa d.d.p., se collego un carico agli elettrodi, al suo interno circola corrente, e la tensione erogata dalla batteria diminuisce fino ad annullarsi (fase di scarica), cioè fino a raggiungere uno stato di equilibrio.

Le batterie possono essere suddivise in due categorie:
• irreversibili o primarie
• reversibili o secondarie
 Le batterie primarie sfruttano una reazione non reversibile e quindi non possono essere ricaricate, al contrario di quelle secondarie, dette comunemente accumulatori, che sono basate su reazioni chimiche reversibili, cioè si possono ricostruire le sostanze presenti prima della scarica invertendo la corrente ai morsetti dell’accumulatore e attivando così un processo elettrolitico.

L’evoluzione delle batterie punta a migliorare le seguenti caratteristiche:
• capacità specifica: aumentando quindi il contenuto energetico a parità d’ingombro (densità energetica);
• stabilità: riducendo i fenomeni di auto-scarica della batteria a circuito aperto;
• tempo di vita: la batteria deve durare il più a lungo possibile, deve cioè sopportare numerosi cicli di carica/scarica;
• reversibilità: i prodotti delle reazioni devono essere completamente ritrasformati nei reagenti presenti prima della scarica.

Esistono in commercio diversi tipi di batterie in base alla tecnologia chimica usata al loro interno e le più diffuse sono:
• Batterie alcaline
• Batterie al nichel-cloruro di sodio
• Batterie al nichel-metallo idruro
• Batterie al litio (Li-ione)
• Batterie al litio-polimero (Li-poly)

Le batterie al litio sono quelle che stanno avendo una più ampia diffusione negli ultimi anni grazie ai numerosi vantaggi che hanno rispetto alle altre tecnologie. Esse infatti possono essere costruite in varie forme e dimensioni, sfruttando al meglio gli spazi disponibili nei dispositivi; hanno un peso minore, in quanto gli ioni di litio hanno una densità di carica molto elevata; non soffrono dell’effetto memoria, cioè non soffrono le ricariche eseguite a capacità non completamente vuota; si auto-scaricano lentamente; sono più facilmente riciclabili; subiscono un minor deterioramento, se utilizzate correttamente. Questi vantaggi le rendono adatte all’utilizzo nei dispositivi più comuni come laptop, cellulari, palmari, videocamere e altri dispositivi portatili. Le batterie al litio, soprattutto quelle al litio-polimero, vengono inoltre utilizzate sui mezzi di trasporto elettrici o ibridi e in questo settore stanno trovando largo impiego.