Innovazione

Batterie ricaricabili, dall’introduzione ai giorni nostri

Batterie ricaricabili
Contenuto curato da Massimo Chioni

Da quando sono stati introdotti sul mercato i dispositivi ricaricabili, le nostre vite sono decisamente cambiate in meglio. Le batterie ricaricabili si possono trovare in oggetti utilizzati quotidianamente, come i cellulari ed i tablet, ma ormai sono entrate prepotentemente anche nel mondo dell’automotive, con lo sviluppo delle auto elettriche.

I vantaggi sono evidenti da un punto di vista pratico, economico ed ecologico: pratico poiché i dispositivi alimentati da batterie ricaricabili durano di più, economico poiché non c’è bisogno di acquistare continuamente batterie nuove ed ecologico poiché si riduce notevolmente lo smaltimento e l’impatto ambientale, a beneficio del nostro malandato e malconcio pianeta.

Breve storia della batteria ricaricabile

La batteria ricaricabile agli ioni di litio è nata circa 40 anni fa, nel 1979, per opera del fisico statunitense John B. Goodenough. Le prime ricerche furono avviate nel 1970 dai ricercatori della “Technischen Universität München”, ma non ebbero molto successo. Il mancato boom delle ricerche non era attribuibile tanto ai risultati insoddisfacenti, quanto piuttosto alla scarsa domanda di mercato.

Le cose cambiarono nel 1980, quando fu sviluppato un accumulatore agli ioni di litio che, rispetto alle soluzioni precedenti, era più leggero, efficiente e duraturo. Dovettero però passare altri 11 anni prima che le batterie al litio ricaricabili venissero utilizzate in commercio, precisamente in una videocamera della Sony. Da allora questi dispositivi ottennero l’attenzione che meritavano, fino a diventare elementi indispensabili per le più moderne tecnologie, dagli smartphone fino alle auto.

Come mai alcune batterie sono ricaricabili e altre no?

Per capire la differenza tra batterie ricaricabili e monouso, dobbiamo fare nuovamente un salto nel passato.

Le prime pile monouso furono sostituite verso gli anni ’70 dalle pile alcaline usa e getta, che contenevano al loro interno idrossido di potassio. In queste pile ci sono dei metalli che cedono elettroni per produrre energia. In realtà le pile alcaline si possono anche ricaricare, ma per un numero decisamente ridotto rispetto alle pile ricaricabili. I metalli al loro interno infatti possono riacquistare le caratteristiche iniziali, perse dopo aver ceduto gli elettroni più volte, ma per farlo consumano ulteriore energia.

Le pile ricaricabili invece hanno due o tre volte la capacità di una pila usa e getta. Vengono definite anche accumulatori poiché accumulano ed immagazzinano energia tramite una reazione elettrochimica reversibile. Tale processo allunga notevolmente la vita delle batterie ricaricabili, disponibili in varie tipologie per assecondare le diverse necessità.

Quali diverse tipologie di batterie ricaricabili ci sono?

Il panorama delle batterie ricaricabili è davvero molto vasto ed il loro impiego nei settori più svariati ne dimostra la versatilità.

Le batterie agli ioni di litio sono tra le più moderne ed offrono una densità di carica molto ampio. Sono generalmente usate nei dispositivi mobili come smartphone, laptop, macchine fotografiche digitali, ecc. Ci sono poi le diverse varianti come le batterie agli ioni di litio-polimero, litio-zolfo e litio-aria.

Fino a pochi anni fa, soprattutto in ambito domestico, erano molto utilizzate le batterie al nichel-cadmio. Nel 2016 però la loro commercializzazione è stata vietata, poiché contenevano componenti chimici che, se non venivano smaltiti correttamente, potevano apportare seri danni all’ambiente.

Sono quindi state sostituite dalle più performanti e sicure batterie al nichel-metallo idruro, private del cadmio, un metallo altamente inquinante. Oggi vengono utilizzate soprattutto nei telefoni cordless ed in alcuni dispositivi portatili, come videocamere digitali o smartphone. Compattezza, leggerezza e potenza sono le principali caratteristiche di questi modelli.

Merita una menzione anche l’accumulatore al litio-ferro-fosfato, un’altra invenzione di John Goodenough che risale al 1996. Questa batteria, basata sugli ioni di litio, consente di catturare ed immagazzinare l’energia elettrica ed è usata soprattutto per la fabbricazione di auto ibride.

A partire dal 2017 lo stesso scienziato ha iniziato a sviluppare una particolare batteria ricaricabile basata su elettroliti in vetro e metalli alcalini. Ci vorrà ancora qualche anno per perfezionare e commercializzare questi dispositivi, che però promettono prestazioni ancora migliori e un tempo di ricarica più veloce.

Perché alcune batterie sono meglio di altre?

Le batterie citate hanno delle caratteristiche diverse e quindi vanno scelte attentamente in base alla destinazione d’uso.

Un primo aspetto da valutare è la composizione chimica, che determina le prestazioni offerte. In linea di massima le migliori batterie ricaricabili sono quelle a composizione chimica a base di nichel e metallo idruro, poiché garantiscono un’elevata conservazione della carica quando non vengono usate.

Altro elemento importante è la capacità, che mediamente oscilla tra gli 850 ed i 2.500 mAh, una misura adatta per i dispositivi ad uso domestico che non richiedono una tensione eccessiva.

Alcune pile ricaricabili, se caricate spesso prima che la carica sia completamente esaurita, si “ricordano” della capacità energetica precedente alla carica e reimpostano la loro successiva vita sulla base dell’ultima in memoria. Ad esempio se uno smartphone viene caricato sempre al 30%, quando va al di sotto di questa percentuale fa fatica a ricaricarsi col rischio di ridurre la sua vita.

Le batterie agli ioni di litio non soffrono del cosiddetto effetto memoria, perciò vengono utilizzate spesso nei laptop, negli smartphone, nelle macchine digitali ed in tutti i dispositivi tascabili che richiedono ricariche quotidiane o comunque continue.