Batteria al litio cuore dell’energia green: usata per pc e auto elettriche

Le batterie agli ioni di litio possono essere costruite in una vasta gamma di forme e dimensioni in modo da riempire efficientemente gli spazi disponibili nei dispositivi che le utilizzano, e sono anche più leggere delle equivalenti fabbricate con altri componenti chimici. Questo perché gli ioni di litio hanno una densità di carica molto elevata, la più alta di tutti gli ioni che si sviluppano naturalmente. Gli ioni di litio sono piccoli, mobili e immagazzinabili più rapidamente di quelli di idrogeno. Inoltre una batteria basata sul litio è più piccola di una con elementi di idrogeno, come le batterie all'accumulatore nichel-metallo idruro e con meno gas volatili. Gli ioni necessitano di meno intermediari per l'immagazzinamento, cosicché è possibile destinare una quota maggiore di peso della batteria alla carica invece che per l'overhead. Tutto questo ha permesso il balzo in avanti delle auto elettriche, con batterie meno pesanti e più capienti, arrivando a raggiungere autonomie che possono superare i 500 chilometri.

Le batterie Li-ion non soffrono dell'effetto memoria. Hanno anche un basso tasso di auto-scarica, circa il 5% mensile, rispetto all'oltre 30% mensile delle batterie all'idruro metallico di nichel e al 20% mensile di quelle al nichel-cadmio, ma soffrono di una lenta perdita permanente di capacità. Questo tipo di batteria infatti presenta un degrado progressivo anche se non viene utilizzata: ha una durata di conservazione fissa, in inglese shelf life, a partire dal momento della fabbricazione, indipendentemente dal numero di cicli di carica/scarica. Altro problema, che ha enormi implicazioni geo-politiche, è che il litio non si trova facilmente:  l'85% del litio disponibile (dato del 2017) viene dai giacimenti nel triangolo andino sudamericano (Bolivia, Argentina e Cile), dove l'estrazione è complessa e non è particolarmente incentivata. 

Sono impiegate nei cellulari, nei tablet, nei personal computer. Ma anche in alcune auto elettriche. Le batterie agli ioni di litio sono un tipo di batteria ricaricabile molto diffusa nell'elettronica di consumo. E si deve proprio a nuovi Nobel - Stanley Whittingham, John Goodenough e Akira Yoshino - la loro invenzione e diffusione di massa. Messe a punto negli anni Ottanta, le batterie ricaricabili a ioni di litio furono poi commercializzate nel 1991 dalla Sony. Nello specifico, all'inizio degli anni '70, Stanley Whittingham sviluppò la prima batteria al litio funzionale. John Goodenough la rese più potente e utile. Infine, Akira Yoshino le ha fatte funzionare usando ioni di litio piuttosto che litio puro, rendendo queste batterie più sicure e pratiche.

In particolare, Whittingham che all'epoca delle sue scoperte lavorava per la compagnia Exxon pubblicò un articolo in cui descriveva una batteria che utilizzava un anodo a litio e un catodo al disolfuro di titanio. La batteria aveva un'alta densità di energia e la diffusione degli ioni di litio nel catodo al disolfuro di titanio era reversibile, rendendo la batteria ricaricabile. Tuttavia, la batteria si era rivelata pericolosa in quanto esplosiva. Tanto che Exxon abbandonò il progetto. Poi fu la volta di Goodenough che, nel 1979, ha dimostrato che usando l'ossido di metallo come catodo è possibile ottenere un'alta densità di energia immagazzinata. Nel 1983 Yoshino fece il passo successivo: anzichè usare nell'anodo il lito, troppo instabile, utilizzò il poliacetilene, passando successivamente al carbonio (il coke petrolifero, un materiale a base di carbonio che può intercalare ioni di litio), e sostituì il materiale del catodo con ossido di litio e cobalto, una lega più stabile. Questa fu la batteria agli ioni di litio che finì per prima sugli scaffali dei negozi, quella che oggi ci consente di utilizzare moltissimi apparecchi elettronici.