Batterie al litio: ruolo attuale e prospettive future

Decennio dopo decennio si è assistito a una crescita esponenziale della richiesta di litio, materiale che ha assunto negli ultimi anni un ruolo imprescindibile per lo sviluppo tecnologico. E le batterie al litio sono ormai impiegate in diversi settori, comparendo sia negli smartphone che all'interno delle attrezzature industriali. Ma come funzionano tali batterie, e cosa ci riserva il futuro in tale ambito?

Cambiamento climatico e sviluppo economia circolare

Si sente parlare ogni giorno dell'importanza rivestita dal cambiamento climatico e dalla riduzione delle emissioni di gas serra. Il futuro del pianeta non passa solo dalla raccolta dei rifiuti, per quanto essa sia indubbiamente utile. Il processo, infatti, è attuabile esclusivamente favorendo la transazione energetica. A sua volta, questo implica un'accelerata verso l'elettrificazione dei trasporti e l'adozione di fonti rinnovabili di energia. Fondamentale, in questo contesto, è disporre di sistemi di stoccaggio dell'energia capaci di garantire la massima efficienza: occorreranno sempre più batterie, e le stesse dovranno essere di qualità elevata. Sussistono pochi dubbi sul fatto che oggi siano le batterie agli ioni di litio a farsi preferire in termini di durabilità e densità energetica. I problemi sono legati alle difficoltà di approvvigionamento, come accade per altri materiali rari come il cobalto. Problemi dovuti sia all'impatto ambientale che a ragioni geopolitiche. Sviluppare l'economia circolare è una priorità, visto che permetterebbe di recuperare tali materiali dalle batterie dismesse. Un altro modo per sfruttare al meglio le batterie al litio? Riutilizzare quelle dismesse per usi alternativi. 

Batterie al litio: come funzionano?

Esaminando il funzionamento di una batteria al litio, occorre indicare come venga sfruttata la reazione chimica che si crea tra lo steso litio e altri materiali: l'obiettivo è generare energia elettrica. Queste batterie presentano un elettrodo positivo, chiamato catodo, e uno negativo, l'anodo. Se il primo è formato da ioni di litio (nello specifico cobalto, manganese e nichel), il secondo si avvale di un conduttore elettrico: la grafite. Lungo la fase di carica, gli ioni di litio del catodo tendono a muoversi verso l'anodo attraverso l'elettrolita. Arrivati a destinazione, e immagazzinati, producono energia elettrica. E la fase di scarica? Nel momento in cui la batteria rilascia energia ha luogo il percorso opposto; gli ioni passano così dall'anodo al catodo, generando l'energia che permette al dispositivo in cui si trovano le batterie di funzionare. Sintetizzando, ciascun ciclo di carica e scarica vede gli ioni spostarsi tra catodo e anodo in ambo le direzioni, garantendo alla batteria un funzionamento continuo.

Vantaggi delle batterie agli ioni di litio e tipologie esistenti

Nel parlare dei molteplici vantaggi delle batterie agli ioni di litio a emergere è innanzitutto la loro versatilità. Non a caso, è possibile trovarle nei sistemi di stoccaggio, all'interno delle auto elettriche e in smartphone e pacemaker. Alla loro fama ha certamente contribuito la capacità di raggiungere tensioni elevate e di fornire un'elevata velocità di risposta, assicurare molta energia nel volgere di qualche millisecondo. Il litio è conosciuto anche per la sua leggerezza; a precederlo sono solamente idrogeno ed elio. Proprio la sua leggerezza porta gli accumulatori ad avere un peso decisamente contenuto. Un dato cruciale, visto che la qualità di una batteria è basata in primis sulla sua densità energetica, intesa come quantità di energia immagazzinabile in un determinato volume. Di conseguenza, più una batteria è piccola e potente, maggiore è l'autonomia del dispositivo che ne fa uso. A questo punto è utile fare una distinzione tra le tipologie di batterie al litio più impiegate. Si tratta di:

• Batterie al litio (Li-ion)
• Batterie al litio-polimero (Li-Po)
• Batterie al litio-ferro-fosfato (LiFePO4)

Le prime sono le più diffuse. Si trovano nei veicoli elettrici, nella telefonia, all'interno dei sistemi di dispositivi portatili e nei sistemi di accumulo di energia. Vengono impiegate anche nelle applicazioni aerospaziali, industriali e militari. A caratterizzarle sono l'elevate efficienza, il ridotto livello di auto-scarica e uno scarso effetto memoria. Le Li-Po rappresentano un'evoluzione delle Li-ion. Dove è possibile individuarle? In smartphone e tablet, ma anche nelle stampanti industriali e nei dispositivi medici. Il motivo è chiaro: oltre a non essere infiammabili si rivelano infatti leggere e molto compatte. L'ultima tipologia si distingue per una stabilità termica più elevata e per la durata maggiore. Sono utilizzate negli accumulatori destinati a veicoli ibridi ed elettrici, nel campo del fotovoltaico, nei motoveicoli elettrici e nei caricabatterie per i muletti. 

In pochi, con ogni probabilità, sarebbero stati disposti a prospettare, negli anni della nascita (risalente alla metà degli anni '70) un futuro così roseo per le batterie al litio. Oggi, invece, sono tra i fattori cardine della transazione energetica. Eppure, la rarità del materiale ha già fatto emergere delle alternative, come le batterie a idrogeno, a magnesio, a ossigeno e sodio-ferro. E c'è chi prospetta, per le auto elettriche, un ritorno al metano, affiancato da biometano e metano liquido.