La grande diffusione di portatili, tablet, smartphone, sta creando grande attenzione attorno allo sviluppo di batterie in grado di immagazzinare grandi quantitativi di energia in poco spazio, per garantire un uso sempre più efficiente e duraturo di questi dispositivi che vorremmo always-on.
Se prendiamo ad esempio il dispositivo più diffuso, lo smartphone, la batteria è sempre stata il suo tallone d’Achille. Col passare degli anni i dispositivi portatili si sono evoluti richiedendo un consumo energetico più corposo, ma la tecnologia delle batterie al litio è rimasta troppo indietro. Le performance di questi prodotti sono ad oggi limitate dall’impossibilità di inserire l’energia indispensabile al corretto funzionamento all’interno di uno spazio che per ragioni di design tende a diminuire sempre più. Si moltiplicano quindi gli studi e le ricerche in questo settore, perché l’interesse che vi ruota attorno è davvero elevato. Gli scienziati si stanno muovendo su diversi fronti e non c’è ancora una linea che sembra prevalere sulle altre. Il materiale che attualmente suscita maggiore interesse nei ricercatori per l’uso delle batterie a ioni di litio è il silicio, grazie alla sua capacità di trattenere un grosso quantitativo di energia dalla carica. Purtroppo con le tecnologie tradizionali le batterie agli ioni di litio che utilizzano elettrodi in silicio non hanno una durata nel tempo sufficientemente lunga.
Questo avviene perché il processo di carica provoca un’espansione che aumenta le dimensioni della stessa batteria, che si riducono nuovamente quando gli elettroni vengono rilasciati. Alla lunga il processo sviluppa delle fratture nel silicio che lo rende inutilizzabile nel compito di immagazzinare elettroni. Per ottenere un processo di self-healing (autoriparazione) in un elettrodo di silicio, il team dello SLAC (Stanford Linear Accelerator Center della Stanford University) ha sviluppato un rivestimento polimerico per l’elettrodo: il processo di guarigione degli elettrodi di silicio potrebbe impiegare solamente poche ore, e ripristinare la piena funzionalità della batteria. Lo SLAC è riuscito così a garantire alla batteria caratterizzata da elettrodi in silicio una durata di circa 100 cicli, risultato promettente rispetto al passato, ma ancora lontano dagli obiettivi di circa 500 cicli per uno smartphone. Alcuni scienziati della Vanderbilt University hanno invece sviluppato un supercondensatore di silicio. Il condensatore in silicio potrebbe essere integrato in un chip che, in base a quanto riportato in Scientific Report, potrebbe garantire un’autonomia operativa di settimane ad un telefono cellulare su una singola carica che potrebbe avvenire in pochi minuti. Negli ultimi periodi l’attività di ricerca nell’ambito delle batterie pare si stia concentrando su soluzioni litio-aria che sono in grado di promettere, almeno teoricamente, un sensibile incremento dell’energia stoccata a parità di peso. Un gruppo di ricercatori del MIT sta lavorando ad una tecnica che potrebbe utilizzare virus geneticamente modificati per la produzione dei nanocavi sui quali si basa la successiva realizzazione degli elettrodi della batteria. E sarebbe allo studio di un team di ricerca italiano, del distretto tecnologico Veneto Nanotech, e giapponese della Shinshu University, una nuova fonte di energia, capace di donare fino a tre mesi di vita ai cellulari e ai dispositivi mobili, senza bisogno di ricarica. La ricerca delle super-batterie punta all’utilizzo di nanotecnologie, fra cui la tecnica di “coating”, quella dei rivestimenti nano strutturati, facendo dimenticare all’utente la necessità della ricarica.
Ma in attesa che la ricerca faccia progressi concretamente commerciabili su larga scala, accontentiamoci di cinque consigli per far durare di più le nostre tradizionali batterie agli ioni di litio:
va bene ricaricare completamente la batteria la prima volta che si utilizza per ottenere il massimo della capacità, ma in seguito meglio evitare di stressarla: basta ricaricarla di frequente e anche parzialmente;
una batteria al litio resta in salute se viene utilizzata spesso, altrimenti meglio scollegarla dal dispositivo e conservarla in un luogo fresco;
questo tipo di batterie si ossidano meno quando sono caricate circa al 40%;
non lasciarla mai completamente scarica a prendere polvere;
non esporla a grandi fonti di calore.
Questo avviene perché il processo di carica provoca un’espansione che aumenta le dimensioni della stessa batteria, che si riducono nuovamente quando gli elettroni vengono rilasciati. Alla lunga il processo sviluppa delle fratture nel silicio che lo rende inutilizzabile nel compito di immagazzinare elettroni. Per ottenere un processo di self-healing (autoriparazione) in un elettrodo di silicio, il team dello SLAC (Stanford Linear Accelerator Center della Stanford University) ha sviluppato un rivestimento polimerico per l’elettrodo: il processo di guarigione degli elettrodi di silicio potrebbe impiegare solamente poche ore, e ripristinare la piena funzionalità della batteria. Lo SLAC è riuscito così a garantire alla batteria caratterizzata da elettrodi in silicio una durata di circa 100 cicli, risultato promettente rispetto al passato, ma ancora lontano dagli obiettivi di circa 500 cicli per uno smartphone. Alcuni scienziati della Vanderbilt University hanno invece sviluppato un supercondensatore di silicio. Il condensatore in silicio potrebbe essere integrato in un chip che, in base a quanto riportato in Scientific Report, potrebbe garantire un’autonomia operativa di settimane ad un telefono cellulare su una singola carica che potrebbe avvenire in pochi minuti. Negli ultimi periodi l’attività di ricerca nell’ambito delle batterie pare si stia concentrando su soluzioni litio-aria che sono in grado di promettere, almeno teoricamente, un sensibile incremento dell’energia stoccata a parità di peso. Un gruppo di ricercatori del MIT sta lavorando ad una tecnica che potrebbe utilizzare virus geneticamente modificati per la produzione dei nanocavi sui quali si basa la successiva realizzazione degli elettrodi della batteria. E sarebbe allo studio di un team di ricerca italiano, del distretto tecnologico Veneto Nanotech, e giapponese della Shinshu University, una nuova fonte di energia, capace di donare fino a tre mesi di vita ai cellulari e ai dispositivi mobili, senza bisogno di ricarica. La ricerca delle super-batterie punta all’utilizzo di nanotecnologie, fra cui la tecnica di “coating”, quella dei rivestimenti nano strutturati, facendo dimenticare all’utente la necessità della ricarica.
Ma in attesa che la ricerca faccia progressi concretamente commerciabili su larga scala, accontentiamoci di cinque consigli per far durare di più le nostre tradizionali batterie agli ioni di litio:
va bene ricaricare completamente la batteria la prima volta che si utilizza per ottenere il massimo della capacità, ma in seguito meglio evitare di stressarla: basta ricaricarla di frequente e anche parzialmente;
una batteria al litio resta in salute se viene utilizzata spesso, altrimenti meglio scollegarla dal dispositivo e conservarla in un luogo fresco;
questo tipo di batterie si ossidano meno quando sono caricate circa al 40%;
non lasciarla mai completamente scarica a prendere polvere;
non esporla a grandi fonti di calore.
