17 / 104
17
- ELETTRONICA OGGI 452 - MARZO 2016
Ogni ciclo di carica, inoltre, provoca un’espansio-
ne volumetrica degli elettrodi che a sua volta pro-
duce sollecitazioni della struttura e causa danneg-
giamenti microscopici, diminuendo la capacità di
immagazzinamento degli ioni. Senza dimenticare
che una carica eccessiva può “forzare” un numero
così grande di ioni nell’elettrodo da produrre la di-
sintegrazione del materiale.
Mentre le prime versioni di batterie a ioni di litio
utilizzavano un elettrolita liquido per separare gli
elettrodi, i modelli successivi hanno fatto ricorso a
separatore poroso imbevuto in un gel elettrolitico,
consentendo la realizzazione di batterie più sottili.
Ulteriori sviluppi hanno portato all’implementazio-
ne di batterie ai polimeri di litio (Li-Po) che utilizza-
no come elemento separatore un polimero solido.
Uno svantaggio di queste batterie è rappresentato
dal fatto che gli ioni viaggiano più lentamente at-
traverso un polimento solido rispetto a un elettro-
lita liquido, per cui il processo di carica richiede
più tempo.
Mouser Electronicspropone una vasta
gamma di batterie a ioni di litio realizzate da pro-
duttori leader come Panasonic.
…e la loro evoluzione
La ricerca nel campo delle batterie a ioni di litio
procede senza soste e gli studiosi stanno focaliz-
zando i loro sforzi sul miglioramento di caratteri-
stiche quali densità di energia, tasso di auto-sca-
rica, prestazioni durante la carica a impulsi, tempo
di carica, tolleranza alla scarica profonda, oltre
che sull’incremento della sicurezza del dispositivo.
Gli sviluppi si sono concentrati su due aree:
ricerca di materiali alternativi per gli elettrodi
e l’elettrolita – con l’obiettivo di integrare un
numero maggiore di ioni di litio negli elettro-
di, facilitare la mobilità degli ioni e favorire il
passaggio degli ioni attraverso l’elettrolita – e
aumento della sicurezza.
Per quanto riguarda i materiali per gli elet-
trodi positivi, sono in fase di commercializ-
zazione le batterie al litio-nickel-manganese-
cobalto (LiNi
x
Mn
y
Co
z
O
2
), caratterizzate da
una densità di energia maggiore del 20% cir-
ca rispetto a quelle con elettrodi in diossido
di cobalto (LiCoO
2
), e batterie al litio-nickel-
cobalto-alluminio (LiNi
x
Co
y
Al
z
O
2
) contraddi-
stinte da una densità di energia superiore del
35% rispetto a quelle LiCoO
2
. Per quanto riguarda
i materiali per gli elettrodi negativi, i materiali più
promettenti sono il titanato di litio (Li
4
Ti
5
O1
2
) che a
fronte una densità di energia relativamente bassa
garantisce un numero maggiore di cicli di ricarica,
carbonio duro (maggiore capacità di immagazzi-
namento), stagno/cobalto, silicio/carbone o silicio
puro (maggiore densità di energia).
Per quanto concerne la mobilità degli ioni, sono
numerose le iniziative in atto. L’università dell’Illi-
nois di Chicago (UIC) ha messo a punto un mo-
dello che prevede la sostituzione degli elettrodi
positivi e negativi di una batteria tradizionale con
strutture in nickel poroso tri-dimensionale. Queste
strutture vengono placcate con diossido manga-
nese del litio (LiMnO
2
) e una lega di nickel stagno
(NiSm) per formare gli elettrodi positivo e negativo.
Secondo i ricercatori una batteria realizzata con
questa tecnologia potrebbe avere una dimensione
30 volte inferiore rispetto a un dispositivo tradizio-
nale (a parità di capacità) ed essere caricata a una
velocità 1000 volte superiore.
Un altro filone di ricerca è focalizzato sull’uso di
nano materiali per migliorare la mobilità degli ioni
di litio tra gli elettrodi e gli elettroliti. Gli scienziati
dell’università sudcoreana di Pohang hanno rea-
lizzato una batteria prototipo a partire da molecole
a “forma di zucca” organizzati in una struttura ad
alveare che può essere impiegato come elettrolita
solido. Le ricerche condotte presso il MIT nel cam-
po dei nanomateriali hanno portato allo sviluppo
di elettrodi formati da nanopalline grazie alle quali
MOUSER ELECTRONICS
NEL FUTURO
MOBILE
Fig. 2 – In una batteria Li-S il processo di riduzione genera poten-
ziali della cella compresi tra 1,7 e 2,5V