Batterie agli ioni di Litio: cosa sono e perché sono valse il Nobel per la Chimica

Il Nobel per la Chimica di quest’anno è stato assegnato a tre ricercatori, artefici della tecnologia che ha reso il nostro mondo mobile

Sono John B. Goodenough (tedesco), M.Stanley Whittingham (inglese), e Akira Yoshino  (giapponese), e sono coloro che hanno progettato le moderne batterie agli ioni di LItio. Leggere, ricaricabili e capienti, necessarie alla nostra economia digitale e fondamentali per ogni dispositivo mobile, dagli smartphone, alle auto elettriche.

Cosa sono ?

 Le batterie agli ioni di litio, o “Li-Ion” sono degli accumulatori solidi che utilizzano un composto di litio intercalato, ovvero incluso fra due molecole identiche, come un panino, sull’elettrodo positivo e uno a base di grafite sull’elettrodo negativo. Il processo atto a generare energia è quello di redox, ovvero di ossidoriduzione, dove gli ioni di litio, aventi carica positiva perché muniti di più elettroni, scambiano questi con un altro materiale, in questo caso la grafite, trasformando l’energia chimica in energia elettrica. Le caratteristiche che tuttavia le rendono eccellenti accumulatori sono tre, cioè l’alta densità energetica, ovvero l’energia che possono accumulare, un bassissimo effetto memoria, che fa “memorizzare” al dispositivo la percentuale della batteria nel momento in cui si mette sotto carica, e una bassa autoscarica, ovvero l’energia dissipata in caso di inutilizzo. Altro fattore fondamentale è il suo basso peso, essendo il litio il metallo più leggero in natura, il che lo rende perfetto per essere utilizzato nei dispositivi mobile. Anche la sua “duttilità” lo rendono un eccellente accumulatore, potendo dargli il design più adatto al suo utilizzo. Paradossalmente questo tipo di batteria per quanto più performante, va inevitabilmente incontro ad un lento degrado, potendo arrivare a perdere, in media il 20% di capacità di carica ogni anno, sia che venga utilizzato o meno, e la percentuale aumenta con l’aumentare della temperatura in cui viene conservato. Inoltre, in caso fossero esposte all’aria, i composti infiammabili delle batterie potrebbero farle esplodere, ed è per questo motivo che tutte le batterie sono munite di microsistemi di sicurezza per monitorarne l’integrità

Dal 1912 ad oggi

Già nel 1912 Gilbert N. Lewis (lo stesso che formulò la regola dell’ottetto) realizzò la prima rudimentale batteria al litio. Negli anni ’70 la sua struttura venne migliorata, non essendo tuttavia ancora ricaricabile, sia per problemi tecnici che di sicurezza. Solo nel 1991 un team di tecnici della Sony, guidati dallo stesso premio Nobel John B. Goodenough, realizzò la prima batteria agli ioni di litio per uso commerciale. Da li a breve le principali case tecnologiche pubblicarono i loro accumulatori a base di Li-Ion. Tutto ciò portò di conseguenza ad un massiccio impiego di questa tecnologia nel mondo dell’elettronica. Smartphones, cuffie Bluethoot, robot, droni, notebook e la lista sarebbe ancora lunga, ogni cosa che si ricarica ha queste batterie al suo interno. Ed è difficile pensare cosa ne sarebbe del nostro stile di vita senza questo componente così sottovalutato. Probabilmente avremmo cellulari perennemente collegati ad un cavo o con delle pile che andrebbero cambiate ogni giorno, e se consideriamo la crescente potenza di cui necessitano i moderni dispositivi sarebbero state delle pile belle grandi. Proprio per questo i tre chimici sopra elencati sono stati premiati con il Premio Nobel per la Chimica 2019, perché nonostante fosse una tecnologia vecchia più di un secolo, il renderla ricaricabile ha stravolto completamente il settore energetico, tecnologico e dei servizi.

Come apparirà Gigafactory una volta ultimata, sarà uno degli stabilimenti più grandi al mondo

Tecnologia già superata o un enorme potenziale ?

Quest’estate Il Sole 24ore ha reso pubblicato una stima riguardo il futuro del mercato del litio, nei prossimi 5 anni la crescita sarà di 1000 miliardi, una cifra astronomica, e che rende ben chiaro gli interessi che girano attorno a questa risorsa. Infatti nonostante le numerose ricerche atte a trovare un materiale migliore del litio da impiegare come base per gli accumulatori (si parlava ad esempio del grafene come materiale del futuro), il litio, con i dovuti quanto possibili miglioramenti, si presterebbe in maniera eccellente ancora per molto come punto cardine nell’industria degli accumulatori. Il prezzo tuttavia rimane ancora alto, a causa del dislocamento in varie regioni del mondo dei giacimenti di questo materiale, spesso inaccessibili o non sfruttabili, ma sicuramente utilizzabili nel prossimo futuro. Altro problema è la sua lavorazione, ma anche in questo si stanno facendo passi da gigante, basti pensare ad Elon Musk, patron di SpaceX e Tesla, che ha avviato la costruzione di Gigafactory, un enorme stabilimento alimentato ad energia solare, con il preciso compito di abbassare il costo di produzione delle batterie Li-Ion, in modo da produrle in maniera competitiva (e sostenibile) ed utilizzarle sui suoi prodotti.
Le batterie agli ioni di litio rappresentano dunque un tassello importante delle nostre vite, nella nostra economia e del nostro futuro, con ottime previsione di implementazione, sia di prestazioni che di sicurezza per il prossimo decennio. 

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