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34 - ELETTRONICA OGGI 493 - APRILE 2021 TECH INSIGHT NEW BATTERIES Un gruppo di responsabili della qualità e della certificazione presso Mascot, azienda specializzata nella produzione di alimentatori e caricabatterie, analizza alcuni recenti progressi compiuti nella tecnologia delle batterie Dag Pedersen Marketing Manager Mascot Soluzioni tecnologiche per le batterie del futuro N egli ultimi anni, le batterie agli ioni di litio han- no rappresentato la scelta ideale in un ampio ventaglio di applicazioni. Il motivo è molto sem- plice, queste batterie soddisfano gli otto requisiti chiave della batteria ideale, ovvero: elevata energia specifica, elevata potenza specifica, economicità, lunga durata, sicurezza, ampio raggio di azione, bassa tossicità e ca- pacità di essere caricata rapidamente. Inoltre, le batterie agli ioni di litio sono molto versati- li, offrono un’elevata densità di energia, basso tasso di auto-scarica (inferiore del 50% rispetto a quella delle batterie al nichel) e richiedono una manutenzione ridot- ta. Soddisfano poi il requisito fondamentale di qualsiasi batteria, ovvero la capacità di fornire un avvio istanta- neo quando necessario. Tuttavia, le batterie agli ioni di litio presentano anche dei limiti: richiedono opportune procedure di sicurezza per il trasporto, sono soggette a invecchiamento anche quando non sono utilizzate e richiedono un circuito di protezione per mantenere la tensione e la corrente entro i limiti di sicurezza. Gli sviluppi delle batterie agli ioni di litio continuano a ritmo serrato, grazie all’utilizzo di materiale catodico a cristallo singolo al posto della grafite. Questo materiale offre dei vantaggi rilevanti nel settore dei veicoli elettrici, dove esiste la duplice esi- genza di incrementare sia la capacità, sia la durata della batteria (l’orizzonte temporale tipico corrisponde a 15 anni). Tuttavia, la durata dei più comuni tipi di batterie agli ioni di litio utilizzate nelle applicazioni di consumo come i cellulari (dove sono normalmente caricate alla massima tensione consentita) rimane limitata. Per migliorare l’energia specifica dei prodotti basati sugli ioni di litio, vengono impiegati degli anodi realiz- zati con nanofili di silicio che forniscono un numero di wattora per kg (Wh/kg) superiore, in genere fino a due volte maggiore rispetto a quello delle celle agli ioni di litio commerciali. Tuttavia, come tutte le strutture basate sui nanofili di silicio, il loro ciclo di vita è limitato. Isole di silicio su scala microscopica possono svilupparsi sotto gli array di nanofili, con cicli che comportano non sol- tanto uno stress del materiale, ma anche la diminuzione della capacità determinata da una riduzione del contat- to tra i collettori di corrente. Alla ricerca della batteria ideale Non sorprende, quindi, che la ricerca della soluzione per la batteria “perfetta” prosegua senza sosta. Per quasi tutti i tipi di batterie, il tempo di sviluppo ha una durata tipica di dieci anni, con molte soluzioni abbandonate in laboratorio e altre le cui date di lancio iniziali sono sta- te rimandate, anche più volte. Questo lungo periodo di sviluppo rende la produzione di nuove batterie una pro- posta poco attraente per gli investitori, il che significa che occorrono un impegno costante e finanziatori pa- zienti e comprensivi per portare sul mercato un nuovo modello di batteria. È facile quindi comprendere come il lancio di un nuovo tipo di batteria non sia solo una ra- rità, ma un evento importante e come alcune tecnologie collaudate precedentemente messe da parte per motivi commerciali stiano godendo di rinnovata attenzione e attirino gli investimenti. Batterie agli ioni di sodio Una di queste tecnologie è la batteria agli ioni di so- dio. Negli anni 70 e 80, i progressi compiuti in questo campo sono stati al passo con lo sviluppo dei prodotti agli ioni di litio, che in seguito è diventata la tecnologia predominante. Tuttavia, le preoccupazioni relative alla disponibilità residua di litio a livello globale e gli elevati costi associati, hanno intensificato la ricerca di alterna-