Caratteristiche - FAAM la batteria che risparmia energia

Durante gli ultimi anni l’attenzione di FAAM è stata rivolta verso lo sviluppo delle batterie ricaricabili al litio; il problema principale di questo dispositivo, è la difficoltà di ricaricare l’anodo di litio metallico e un’elevata reattività che lo rende molto difficile da maneggiare. Gli studi sulle reazioni dell’elettrodo di litio hanno portato ad un numero di strategie atte a modificare la reattività dell’interfaccia litio-soluzione e quindi a migliorarne l’utilizzo e la sicurezza.

L’impiego del litio per la composizione dell’elettrolita consente di differenziare nettamente questa tecnologia dalle altre in termini di  energia specifica immagazzinabile, capacità di carica e autoscarica. In rapporto a peso e volume, la densità energetica delle batterie litio-ioni è solitamente superiore di quella delle batterie “tradizionali”.

Le differenze sono macroscopiche:

• Ogni singolo elemento o cella ha una tensione di 3,6V rispetto ai 1,2V delle Ni-Cd o Ni-Mh o 2V delle batterie al piombo o gel.
• Maggiore capacità in corrente a parità di dimensioni con gli altri tipi.
• Effetto memoria assente (come per le batterie Ni-Mh).
• Delicati nelle sovraccariche (non consigliabili in apparecchiature di emergenza o in tampone, meglio usare le pile tradizionali).
• Autoscarica trascurabile: circa 1% al mese.

Il litio è un metallo pericoloso quindi i vari elementi sono disponibili solo in contenitori “sigillati”. Anch’esso infatti, come i suoi stretti parenti, reagisce con acqua formando idrogeno che, come risaputo, è infiammabile. La scelta del catodo è piuttosto flessibile, in quanto numerosi materiali possono essere utilizzati in molti tipi di batterie. I materiali più adatti sono i composti ad inserzione di formula generica AzBy aventi una struttura aperta capace di accettare e rilasciare reversibilmente un numero x di ioni litio per mole. Quindi, dalla combinazione di un anodo di litio e di un catodo ad intercalazione si ottiene una cella basata su una reazione elettrochimica reversibile (inserzione o intercalazione del litio), che può essere descritta come un’inserzione-estrazione degli ioni litio dal catodo accompagnata da un flusso elettronico attraverso il circuito esterno. Gli ioni Li+ (guest) inducono delle modificazioni reversibili nella struttura host mentre gli elettroni provocano cambiamenti reversibili dello stato di ossidazione del metallo e quindi cambiamenti delle proprietà elettroniche del composto AzBy (host). Il processo globale di scarica implica, quindi, la dissoluzione di x ioni litio all’anodo, la loro migrazione attraverso l’elettrolita e la loro inserzione nella struttura cristallina dell’host, mentre gli elettroni fluiscono nel circuito esterno fino ad arrivare nelle bande elettroniche del catodo.

La reazione complessiva può essere quindi così descritta: 

I catodi ad inserzione più comunemente utilizzati sono composti inorganici come i dicalcogenuri e gli ossidi dei metalli di transizione, caratterizzati da strutture a strati o a tunnel capaci di fornire dei canali per un facile accesso ed un’alta mobilità degli ioni litio all’interno della struttura. Come catodi sono stati anche utilizzati dei polimeri, come le polianiline o i polipirroli. I processi di carica/scarica di questi ultimi sono associati all’inserzione e al rilascio di anioni X-.