Ecco come dovremmo caricare il telefono e il computer per fare durare più a lungo le batterie
https://www.innovationnewsnetwork.com/an-innovative-approach-for-enhancing-the-lifetime-and-safety-of-batteries/5679/

Quanti di noi hanno notato che la batteria dei telefoni o dei computer dura sempre di meno con l’avanzare dell’età dei dispositivi? Quanti sono costretti a portarsi appresso i power bank? Ecco come caricare i dispositivi in modo da rovinare il meno possibile le batterie.

Closeup of dead mobile phone charging lying on white fabric background https://www.stile.it/2019/01/20/come-far-durare-la-batteria-telefono-id-206070/.


Generalmente i dispositivi elettronici quali telefoni e computer utilizzano le batterie a ioni di litio. Date le caratteristiche chimiche e fisiche di questo tipo di tecnologia, in base a come carichiamo e scarichiamo le batterie, la loro vita e durata di carica cambia notevolmente.

Come dovremmo caricare i dispositivi?

In base agli studi effettuati sulle batterie a ioni di litio, risulta che l’ideale per garantire una lunga vita della batteria è di mantenere la carica tra circa il 40% e l’80%. Ovviamente è difficile mantenere la batteria in questo intervallo limitato, ma è importante in particolare che la batteria non arrivi agli estremi sotto al 15% oppure fino al 100%, perchè questo logora molto la batteria. Non è quindi consigliato lasciare i dispositivi inutilizzati per lungo tempo senza carica, perchè nel peggiore dei casi potrebbero persino non ri accendersi più.

Inoltre, i dispositivi non dovrebbero essere esposti a temperature superiori ai 35-38°C. La durata della batteria inoltre dipende dal numero di cicli di carica/scarica effettuati, e alcuni produttori quali Apple sostengono che alle loro batterie dopo 1000 cicli rimane una della potenzialità circa dell’80% rispetto all’inizio. Maggiore è l’utilizzo e quindi maggiore è il numero di cicli, più velocemente si degraderà la batteria.

Come funzionano le batterie a ioni di litio?

Il litio ha una forza tendenza a perdere un elettrone appunto perchè possiede un solo un elettrone nell’orbitale esterno. Questo rende il litio molto reattivo, e generalmente il litio si trova in forma stabile nell’ossido metallico. Quando si separa il litio dall’ossido metallico questo si separa ulteriormente in un ione di litio (positivo) e un elettrone. Quando si carica una batteria, la carica positiva (fornita esternamente dell’elettricità) attrae e separa gli elettroni del litio che erano inizialmente all’interno dell’ossido metallico, trasferendoli all’interno di una struttura separata di grafene. Questo crea una regione dove si concentrano molti elettroni di carica negativa. Ciò quindi attrae gli ioni di litio positivi, che di conseguenza lasciano l’ossido metallico per raggiungere man mano gli elettroni che sono contenuti nella struttura del grafene.

Ma perchè tutto questo funzioni, è necessario che ci sia uno strato di elettrolizzatore tra l’ossido metallico e la struttura di grafene. Infatti l’elettrolizzatore permette il passaggio di ioni ma non il passaggio di elettroni attraverso ad esso. É infatti grazie all’elettrolizzatore che possiamo creare due diversi flussi di cariche positive e negative che poi restituiscono separatamente l’elettricità immagazzinata.

Una volta che gli ioni di litio e gli elettroni sono disposti sullo strato di grafene, la batteria è carica. Per utilizzare l’energia immagazzinata dopo avere separato il tutto dall’ossido metallico, gli ioni positivi saranno fatti passare attraverso l’elettrolizzatore (che permette il solo passaggio degli ioni di litio date le sue caratteristiche) e il flusso di elettroni seguirà invece un altro percorso, creando l’energia elettrica grazie al movimento degli elettroni.

Batteria scarica: l'ossido metallico (a sinistra dell'elettrolizzatore blu) contine gli ioni di litio positivi (rappresentati dai puntini verdi) e gli elettroni (rappresentati dai puntini azzurri). https://www.youtube.com/watch?v=VxMM4g2Sk8U

 

Batteria carica: gli elettroni e gli ioni di litio sono all'interno della struttura di grafene sulla destra dell'elettrolizzatore. Per restituire elettricità gli ioni positivi passeranno all'interno dell'elettrolizzatore mentre gli elettroni passeranno per il circuito esterno (dorato). https://www.youtube.com/watch?v=VxMM4g2Sk8U

Perchè la batteria a ioni di litio si degrada?

Diversi studi hanno evidenziato il fatto che fin dopo il primo ciclo di carica si crea una barriera tra l’elettrolizzatore e il grafene. Questa barriera è creata a causa del passaggio degli ioni di litio, che si ricoprono di sostanza elettrolitica e talvolta rimangono bloccati sulla superficie dell’elettrolizzatore. Questa barriera di carica positiva da un lato salvaguarda la degradazione dell’elettrolizzatore, che a contatto degli elettroni si danneggia. Dall’altro però rallenta il flusso di ioni di litio e non permette il passaggio di tutti gli ioni di litio che man mano rimangono incastrati nello strato di elettrolizzatore. Per questa ragione le batterie con l’aumentare dei cicli di carica e scarica diminuiscono la potenzialità di immagazzinare l’energia.

Inoltre, se carichiamo troppo le batterie o se le scarichiamo troppo, la parte del grafene o la parte con l’ossido metallico si satura. E questo innesca delle reazioni chimiche irreversibili che bloccano alcuni ioni e elettroni. Questi non potranno più essere utilizzati per immagazzinare elettricità e quindi non permetteranno più di caricare e scaricare la batteria con un’alta efficienza. Per questa ragione è consigliato mantenere la carica delle batterie tra il 40% e l’80%.

Inoltre, l’elettrolizzatore è sensibile alle temperature al di sopra dei 35-38°C: al di sopra di questa soglia l’elettrolizzatore si rovina.

 Lo strato che protegge l'elettroloizzatore https://www.youtube.com/watch?v=VxMM4g2Sk8U

Per avere una rappresentazione visiva sul funzionamento delle batterie a ioni di litio sono molto utili i video ai link https://www.youtube.com/watch?v=VxMM4g2Sk8U , e https://www.youtube.com/watch?v=G5McJw4KkG8

 

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