Perché non è possibile caricare il telefono in due secondi?

Nella sua configurazione più semplice, una batteria presenta due elettrodi realizzati con due composti differenti, separati da un mezzo chimico che permette alla carica di scorrere da un elettrodo all’altro. Le reazioni chimiche tra gli elettrodi e l’elettrolita generano un eccesso di elettroni in corrispondenza di un terminale e una domanda degli stessi nell’altro terminale, facendo sì che gli elettroni e, di conseguenza, l’elettricità scorrano attraverso un circuito collegato.

L’elettricità si muove velocemente; tuttavia, la ricarica di una batteria non muove solo elettroni, ma anche ioni più grandi e pesanti. «In sostanza, una batteria è una scatola in cui gli elettroni scorrono da una parte all’altra, e ciò crea la corrente all’esterno della batteria», spiega Palacín. «Per compensare, gli ioni scorrono da un elettrodo all’altro all’interno della batteria.»

Tentare di accelerare il movimento degli ioni attraverso l’elettrolita sembra essere la soluzione semplice per avere una batteria a carica rapida. Tuttavia, agli ioni non piace fare le cose in fretta: fatelo e probabilmente assisterete ad altre reazioni chimiche, che degraderanno i materiali pregiudicando le prestazioni della batteria.

In effetti, esistono due principi di progettazione concorrenti nella progettazione delle batterie, afferma Palacín: l’ottimizzazione del contenuto energetico o dell’erogazione di energia. «È possibile rendere l’elettrodo molto spesso, il che equivale a raggiungere la quantità massima del materiale attivo», afferma. «Una soluzione del genere fornisce molti ioni (energia) per chilogrammo, ma questi ioni devono attraversare lo spessore dell’elettrodo, un’operazione che richiede tempo.»

Tale opzione è adatta alle batterie che devono mantenere una grande quantità di carica ed erogarla lentamente. In alternativa, le batterie possono essere provviste di elettrodi sottili e, di conseguenza, avere meno composti attivi per chilogrammo di batteria. Questo tipo di batterie conserva una carica minore rispetto a quelle ad alta energia, ma è in grado di erogare energia e riceverla in modo molto più rapido.

Palacín, professoressa ricercatrice presso l’Istituto di scienza dei materiali di Barcellona, in Spagna, sta lavorando a una nuova generazione di batterie. Seguendo l’evoluzione delle ingombranti batterie al nichel-cadmio degli anni novanta fino ad arrivare all’odierna generazione di batterie agli ioni di litio, Palacín è alla guida degli sforzi finanziati dall’UE volti allo sviluppo di un nuovo tipo di batteria a base di calcio.

Tuttavia, indipendentemente dal materiale all’interno, i processi chimici che si verificano dentro una batteria, quali il riscaldamento e la crescita di minuscole sporgenze denominate dendriti in prossimità degli elettrodi, rendono il processo di ricarica un lavoro arduo. Provare a riempire la batteria in un paio di secondi è come dare alle piante d’appartamento un anno d’acqua in una volta sola, afferma Palacín.

Per questo motivo, i dispositivi più moderni, compresi gli smartphone, sono dotati di un apposito software di gestione della batteria, che concilia la velocità di ricarica con la salute a lungo termine della batteria. Questa potrà anche non caricarsi in pochi secondi, ma almeno riuscirà ancora a conservare la carica fra un anno.

Fare clic qui per scoprire di più sull’attività di ricerca di María Rosa Palacín: Costruire migliori batterie.