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EO POWER - OTTOBRE 2021 XXX Power pericolosi dal punto di vista della sicurezza, se sottoposti a calore o a urti particolarmente forti. Da qui la neces- sità di un’attenta progettazione da parte degli ingegneri: è saggio utilizzare batterie che rischiano di esplodere se urtate, in un’applicazione automotive? In base all’analisi di questi parametri, i progettisti de- vono effettuare delle scelte le più ponderate possibili in base agli ambiti applicativi che si trovano ad affrontare. Tecnologie e materiali Tra le batterie primarie, quindi non ricaricabili, troviamo: - le zinco-carbone, considerate le prime pile a secco, com- mercializzate nel 1886. La pila zinco-carbone ha forma cilindrica ed è costituita da un anodo di zinco metallico. All’interno troviamo una pasta gelatinosa di biossido di manganese e cloruro di ammonio, misti ad una polvere di carbone. Il catodo è costituito da una barretta di gra- fite, immersa in questa pasta e la cui sommità, ricoper- ta da un cappuccio metallico, sporge sulla base superio- re del cilindro. Il suo principale svantaggio è la scarica a vuoto, relativamente alta, che ha permesso ad altre pile tecnologicamente migliori di prendere il sopravvento; - le alcaline, arrivate sul mercato a metà del ‘900, sono anch’esse costituite da zinco metallico e biossido di manganese, ma la tecnologia costruttiva migliore ri- spetto alle zinco-carbone elimina il problema della scarica a vuoto, rendendo le pile alcaline più stabili nel tempo; - le zinco-aria, la cui versione utilizzabile a livello com- merciale è comparsa negli anni 70. I reagenti che per- mettono il mantenimento della tensione tra anodo e catodo a circa 1,65 V sono zinco, ossigeno e acqua (umi- dità dell’aria). Grazie alle dimensioni molto ridotte ed alla elevata energia specifica, le zinco-aria sono adatte per dispositivi mobili che richiedono basse potenze, e sono spesso adottate in ambito medicale (apparecchi acustici, misuratori cardiaci, cerotti intelligenti e così via). Tra gli accumulatori ricaricabili, invece, troviamo: - le piombo-acido, costituite da un anodo in piombo ed un catodo in diossido di piombo immersi in una soluzione elettrolitica acquosa contenente acido solforico. Le celle piombo-acido sono i classici elementi che compongono le batterie di servizio delle automobili; - le nichel-cadmio, che a causa dei materiali nocivi da cui sono composte sono state vietate alla vendita dal 2006, e soppiantate dalle più performanti batterie al litio e dalle NiMH; - le nichel-metallo idruro, o NiMH, sono costituite da nichel e idrossido di potassio come elettrolita. Queste batterie sono meno pericolose rispetto alle NiCd e più efficienti, con una migliore potenza specifica e un ef- fetto memoria più leggero rispetto alle NiCd; - accumulatori al litio. Questa in realtà si può considerare una famiglia di accumulatori, in cui il litio è l’elemen- to centrale. Si annoverano le batterie agli ioni di litio, o Li-ion, con tensione a vuoto di 3,7 V, che a causa della poca stabilità agli urti, al calore e alle compressioni, è stata soppiantata dalle batterie ai polimeri di litio (LiPo) ed altre varianti più stabili e performanti (come le li- tio-ferro-fosfato LiFePo4, o il titanato di litio Li2TiO3). Energy harvesting e nuove tecnologie Quello delle batterie e degli accumulatori è un mondo in evoluzione, in cui la chimica dei materiali è in continua ricerca. Oggi più che nelle epoche passate gli inge- gneri si stanno concentrando sul trovare soluzioni che ben si adattano ai nuovi dispositivi wearable e ai mezzi di trasporto elettrici: se da un lato tecno- logie di energy harvesting e supercap possono risultare un’accoppiata vincente, dall’altro lato servono materiali con altissi- ma densità di energia e potenza (come le nuovissime batterie al sodio fuso), sempre con un oc- chio di riguardo al green, per accompagnare il mondo verso la transizione ecologica, motore della prossima rivoluzione in- dustriale. Una tipica batteria agli ioni di litio