Due dei tipi di batteria con cui hai più familiarità, forse senza nemmeno saperlo, sono la batteria al piombo e la batteria agli ioni di litio. La maggior parte delle auto in America ha una batteria al piombo a bordo, mentre praticamente ogni Blackberry e computer portatile riceve energia da una batteria agli ioni di litio. Un tipo di batteria è buono per la tua auto e l'altro per il tuo cellulare deriva dalle sostanze chimiche utilizzate all'interno di ciascun tipo di batteria.
Nozioni di base sulla batteria
Una batteria è un dispositivo elettrochimico, il che significa che crea elettricità attraverso reazioni chimiche controllate tra diverse sostanze. La maggior parte delle batterie, comprese le batterie agli ioni di litio e al piombo, includono un anodo, un catodo e una sostanza tra di loro funge da elettrolita. L'anodo è solitamente il terminale positivo e la corrente elettrica scorre in esso quando la batteria è in uso. Il catodo è solitamente il terminale negativo e, quando è in uso, la corrente elettrica esce da esso. La chimica tra di loro è ciò che fornisce la corrente elettrica con la sua carica, ma richiedono una terza sostanza sotto forma di elettrolita per fungere da mezzo. Se l'anodo e il catodo entrassero in contatto, il risultato sarebbe un cortocircuito.
Elettrochimica al piombo
L'anodo e il catodo in una tipica batteria al piombo sono fatti di piombo e biossido di piombo e sono collegati a ponte da un elettrolita di una soluzione che è circa un terzo di acido solforico. Man mano che la batteria scarica elettricità, la reazione chimica converte gradualmente i due elettrodi in solfato di piombo. La ricarica della batteria inverte parzialmente tale conversione.
Elettrochimica agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio utilizzano una varietà di sostanze, con l'elemento comune che è la migrazione di litio tra gli elettrodi durante la reazione di produzione di elettricità. La grafite viene tipicamente utilizzata per realizzare l'anodo, mentre i catodi possono essere costituiti da ossido di litio cobalto, fosfato di ferro e litio o ossido di litio manganese e altre sostanze a base di litio. L'elettrolita è tipicamente una soluzione di sale di litio in un solvente organico. La ricarica di una batteria agli ioni di litio inverte la migrazione del litio nella chimica della batteria.
Caratteristiche del piombo acido
Le batterie al piombo sono uno dei più antichi modelli di batterie pratiche e ricaricabili, risalenti alla metà del 19° secolo. Hanno uno dei design di batterie più bassi in termini di energia-peso ed energia-volume esistenti, il che li rende molto grandi e pesanti per la quantità totale di energia che possono erogare. Quello che hanno per loro è che hanno un rapporto picco-peso molto alto, il che significa che possono fornire una grande scossa di elettricità tutta in una volta. Questo li rende perfetti per le applicazioni che richiedono un grande e improvviso aumento di potenza, come gli avviatori di automobili. Le batterie al piombo sono anche economiche da produrre. Tuttavia, non sono molto bravi in ruoli che richiedono una fornitura di elettricità costante, bassa o media per un lungo periodo di tempo. Hanno anche lunghi tempi di ricarica.
Caratteristiche agli ioni di litio
Soprattutto se confrontati con una batteria al piombo, i design agli ioni di litio hanno un elevato rapporto potenza-peso e potenza-volume. Sarebbe difficile immaginare computer portatili moderni, telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici assetati di potere senza questi batterie, perché soddisfare queste esigenze di alimentazione con altri modelli di batterie significherebbe batterie più ingombranti con più brevi vite. Esistono persino batterie agli ioni di litio con una grande capacità di sovratensione, come quella di una batteria al piombo. Tuttavia, hanno due grossi inconvenienti. Innanzitutto, sono molto costosi da realizzare. In secondo luogo, la loro capacità di mantenere la carica decade anche quando la batteria non è in uso. Una batteria al piombo può continuare a funzionare con una buona capacità per diversi anni. Chiunque abbia tenuto la stessa batteria del cellulare o del laptop per un anno o due sa che lo stesso non si può dire della tipica batteria agli ioni di litio.