batterìa a ióni lìtio

batteria a ioni litio

batterìa a ióni lìtio. – Tipo di batteria ricaricabile (detta anche, con denominazione plasmata sull'inglese lithium-ion battery, batteria litio-ione), il cui funzionamento nella fase di scarica si basa sulla migrazione di ioni litio (Li⁺) dall'anodo al catodo (viceversa nella fase di carica). Le batterie a ioni litio, significativamente superiori alle altre batterie ricaricabili in termini di energia specifica e di potenza specifica, rappresentano lo stato più avanzato della tecnologia dei sistemi ricaricabili e hanno largamente rimpiazzato i sistemi Ni/Cd e Ni/idruro metallico. Commercializzate a partire dall'inizio degli anni Novanta del 20° sec., sono diffusissime nel campo dell'elettronica di consumo (computer, telefoni cellulari, videocamere) e il loro uso si sta allargando, con maggiore difficoltà, anche alle applicazioni aerospaziali e all'autotrazione. La scelta di sviluppare una tecnologia basata sul litio, che nasce fin dagli anni Cinquanta, si deve al fatto che si tratta del metallo più elettropositivo (V^o_{Li + /Li} = − 3,03 V vs. SHE), più leggero (6,94 g/mol) e meno denso (0,53 g/cm³), e quindi di elevata capacità specifica (3,86 Ah/g), caratteristiche che facilitano la realizzazione di batterie ad alta energia specifica. Peraltro, l'uso del litio tal quale come materiale elettrodico risultò presto sconsigliabile per ragioni di sicurezza. Le batterie a ioni litio rappresentano la più efficace evoluzione delle pile al litio primarie (non ricaricabili), commercializzate sin dagli anni Sessanta e utilizzate per sistemi di allarme, pace-makers, orologi, calcolatrici tascabili. I tre elementi principali delle batterie a ioni litio, come di ogni batteria, sono l'anodo (la sorgente di ioni litio durante il funzionamento), il catodo (dove gli ioni litio si scaricano) e l'elettrolita. L'anodo è costituito generalmente da un materiale carbonioso (grafiti o carboni), in grado di intercalare litio (cioè di catturarlo all'interno della propria struttura) a potenziali molto negativi, fino a un massimo di 1 atomo di litio ogni 6 atomi di carbonio (Li_xC₆). Naturalmente la sostituzione del litio metallico nell'anodo penalizza l'energia specifica della cella per la più bassa capacità specifica di questi materiali rispetto al litio: 0,186 Ah/g per il carbone coke (x = 0,5) e 0,372 Ah/g per la grafite (x = 1), rispetto a 3,86 Ah/g del litio metallico (nel quale, peraltro, i problemi di interfase richiedono un quantitativo di litio circa quadruplo rispetto al valore stechiometrico). Il catodo è costituito anch'esso da un materiale capace di intercalare litio. I materiali catodici più utilizzati sono ossidi di vanadio, di manganese e di cobalto, fosfati di metalli di transizione (per es., LiFePO₄), LiTiS₂, cobaltiti come LiCoO₂, LiNi_1-yCo_yO₂, LiNi_yMn_yCo_1-2yO₂. Durante il processo di scarica, all'elettrodo negativo si ha la dissoluzione di x ioni litio, la loro migrazione attraverso l'elettrolita e la loro inserzione nella struttura cristallina del composto a intercalazione, mentre gli elettroni fluiscono attraverso il circuito di carico esterno. Nella fase di carica il processo avviene in senso opposto. La soluzione elettrolitica generalmente è costituita da un sale di litio disciolto in una miscela di solventi organici, per es., LiPF₆ in etilencarbonato/dimetilcarbonato. Sebbene le batterie a ioni litio siano una realtà commerciale ben consolidata, esse sono ancora oggetto di un'intensa attività di ricerca, in campo sia accademico che industriale, finalizzata a un ulteriore miglioramento in termini sia di caratteristiche tecniche che di sicurezza. In particolare, gli sforzi sono diretti a individuare valide alternative per i materiali elettrodici e per l'elettrolita. Per esempio, sono stati introdotti elettroliti a base di materiali polimerici che incorporano i solventi tradizionali conferendo maggiore stabilità al sistema.