EO_452

16 / 104

16 - ELETTRONICA OGGI 452 - MARZO 2016
COVERSTORY
Nel campo dei dispositivi elettroni-
ci mobili, gli smartphone rappre-
sentano sicuramente la punta dell’i-
ceberg. Questi dispositivi possono
vantare una potenza di elaborazione e
una capacità di memoria assimilabile
a quelle di PC e MAC di pochi anni fa.
Un iPhone 6S è equipaggiato con un
processore a 64 bit (1,8 GHz), oltre a 2
GByte di RAM e 128 GByte di flash. Ma
anche gli attuali smartphone hanno il
loro tallone di Achille: i dispositivi di
alimentazione. Questi ultimi non sono
stati in grado di seguire l’incremento
della potenza di elaborazione previsto dalla legge
di Moore: nella migliore delle ipotesi la densità di
energia delle batterie agli ioni di litio è aumentata
di circa il 7% su base annua. L’iPhone originale –
con processore a 32 bit (620 MHz), 128 Mbyte di
RAM e 16Gbyte di flash – aveva una batteria da
5,18 Wh, mentre l’attuale versione 6S prevede una
batteria da 6,55 Wh. La densità di energia della
batteria (a parità di dimensioni) è aumentata solo
del 26% in otto anni.
La batteria di un iPhone 6S ha una capacità di 1715
mAh, sufficienti per 11 ore di navigazione in Inter-
net o di riproduzione di filmati ad alta risoluzione.
Un livello di prestazioni elevato ma non sufficiente
per soddisfare le esigenze degli odierni utilizzatori.
Lo sviluppo delle batterie a ioni di litio…
Per sviluppare una tecnologia agli ioni di litio affi-
dabile ci sono voluti all’incirca 40 anni. I composti
di intercalazione del litio come ad esempio il dios-
sido di cobalto (LiCoO2), scarsamente reattivo, è
una sorgente di ioni di litio in grado di sostituire gli
elettrodi in litio metallico dei dispositivi delle prime
generazioni conferendo una maggior sicurezza alle
batterie. Nelle moderne batterie il LiCoO2 è usato
per l’elettrodo positivo mentre per quello negativo
si ricorre al carbonio sotto forma di grafite.
Il successo delle batterie a ioni di litio è dovuto al
fatto che questo metallo abbina un’elevata carica
positiva a un peso ridotto, caratteristica questa che
permette di immagazzinare più energia per chilo-
grammo rispetto a qualsiasi altro metallo (circa
43,1 MJ/kg rispetto ai 2,9 MJ/kg del piombo).
Durante la carica, gli ioni di litio sono dotati di
energia e si spostano dal LiCoO2 al carbonio. Quan-
do la batteria è in esercizio, gli ioni si spostano in
direzione opposta liberando elettroni che viaggia-
no lungo il circuito nella direzione opposta per ali-
mentare il carico (Fig. 1).
La fragilità è uno dei punti deboli delle batterie a
ioni di litio. Ogni volta che gli ioni sono spostati,
alcuni reagiscono con gli elettrodi rimanendo in-
trappolati per sempre nel materiale. Alla fine il
rifornimento di ioni cessa e la batteria si guasta.
Sebbene la tecnologia agli ioni di litio rappresenti
la miglior forma di energia a disposizione per i
prodotti elettronici consumer, non è esente da limiti
e nel chiuso dei laboratori sono in fase di sviluppo
soluzioni realmente innovative
NON SOLO LITIO
Steven Keeping
DELL’ALIMENTAZIONE
Fig. 1 - In una tradizionale batteria a ioni di litio, gli ioni (in rosso) si spo-
stano tra gli elettrodi liberando gli elettroni che alimentano il carico. Du-
rante la carica gli ioni si spostano verso l’elettrodo negativo