Come funziona una batteria agli ioni di Litio

Le batterie al litio sono alla base della tecnologia moderna, alimentando dispositivi che vanno dagli smartphone alle auto elettriche. Ma come funziona esattamente una batteria agli ioni di litio? In questo articolo esamineremo i principi chimici e fisici che regolano il funzionamento di una batteria agli ioni di litio, concentrandoci su come essa immagazzina e rilascia energia.

Struttura di base di una batteria al litio

Una batteria al litio è composta da tre componenti principali: il catodo (è+), l’anodo (-) e la sostanza elettrolita. L’anodo è di solito fatto di grafite, mentre il catodo è costituito da un composto di litio e metalli, come il cobalto, il nichel o il manganese. L’elettrolita è una sostanza chimica che facilita il movimento degli ioni litio tra l’anodo e il catodo.

• Anodo: L’anodo è il polo negativo della batteria ed è il luogo in cui gli ioni di litio vengono immagazzinati durante la carica.

• Catodo: Il catodo è il polo positivo, dove gli ioni litio si spostano quando la batteria è scarica.

• Elettrolita: Questo materiale liquido o gel consente agli ioni di muoversi tra i due elettrodi, creando un flusso di corrente.

Il processo di carica e scarica

Per capire come funziona una batteria al litio, è necessario comprendere il processo di carica e scarica. Durante la carica, una corrente elettrica viene applicata alla batteria. Questa corrente spinge gli ioni litio dal catodo verso l’anodo, dove vengono “intercalati” ovvero intrappolati tra le lamine di grafite dell’anodo.

Quando la batteria è utilizzata, il processo si inverte. Gli ioni litio lasciano l’anodo e viaggiano attraverso l’elettrolita per raggiungere il catodo. Questo movimento crea un flusso di elettroni che genera corrente elettrica e passando nel dispositivo collegato alla batteria lo alimenta.

L’importanza dell’intercalazione

L’intercalazione è un concetto fondamentale per il funzionamento delle batterie al litio. Si tratta del processo in cui gli ioni litio si inseriscono (intercalano) tra le lamine di grafite dell’anodo durante la carica. Questo processo è reversibile e permette alla batteria di essere ricaricata molte volte senza perdere efficienza.

Vantaggi e limiti delle batterie al litio

Le batterie al litio offrono numerosi vantaggi rispetto ad altre tecnologie di accumulo di energia. Tra questi, la loro densità energetica superiore, che consente di immagazzinare una maggiore quantità di energia in spazi ridotti, e il loro peso relativamente leggero. Inoltre, queste batterie hanno una lunga durata di vita e possono essere ricaricate centinaia di volte.

Tuttavia, ci sono anche dei limiti. Le batterie al litio possono degradarsi nel tempo, riducendo la capacità di mantenere la carica. Inoltre, possono surriscaldarsi se sottoposte a stress eccessivo, il che aumenta il loro rischio di incendio.

Il futuro delle batterie al litio

Gli sviluppi nella tecnologia delle batterie al litio stanno avanzando rapidamente. Nuovi materiali e miglioramenti nei processi produttivi stanno aumentando la durata di vita delle batterie e riducendo i costi di produzione. Questo rende le batterie al litio una componente cruciale per le future soluzioni energetiche, come l’immagazzinamento di energia rinnovabile e i veicoli elettrici. Esaminare come una batteria al litio funziona non è solo una domanda scientifica, ma anche una chiave di lettura per comprendere il futuro dell’energia elettrica. 

  Se poi volete saperne di più, ci è piaciuto questo articolo: “Lithium extraction from hard rock lithium ores (spodumene, lepidolite, zinnwaldite, petalite): Technology, resources, environment and cost”, China Geology, 2023