Le batterie al litio sono parte integrante della nostra vita da decenni e sono necessarie per vari dispositivi elettronici. Ma perché le batterie al litio sono diventate così popolari e ci sono alternative migliori là fuori? Cosa potrebbe un giorno sostituire del tutto le batterie al litio?
Cosa sono le batterie al litio?
Le batterie al litio (batterie agli ioni di litio) sono oggi il tipo di batteria più comune. L'idea delle batterie al litio fu proposta per la prima volta nel 1976 da Michael Stanley Whittingham, un chimico britannico. Le batterie al litio sono diventate disponibili per la prima volta in commercio su larga scala alcuni anni dopo, nel 1991, quando sono entrate in produzione di massa.
Una batteria a base di litio può presentarsi in molte forme, con le varianti più importanti tra cui il litio fosfato di ferro, ossido di litio cobalto, ossido di litio manganese e litio nichel manganese cobalto ossido. Queste batterie contengono piccole celle di potenza, ciascuna costituita da un elettrodo positivo (catodo), un elettrodo negativo (anodo) e un elettrolita.
All'interno della cella, gli ioni di litio si muovono tra gli elettrodi positivi e negativi, con l'elettrolita che funge da vettore di movimento. Gli ioni di litio (Li+) hanno una carica positiva e sono quindi attratti dall'elettrodo negativo. Anche i due elettrodi sono costituiti da componenti chiave. Nel caso di una tipica batteria all'ossido di litio-cobalto, il catodo è costituito da ossido di litio-cobalto, mentre l'anodo è generalmente costituito da un composto a base di carbonio noto come grafite.
Il catodo cederà alcuni dei suoi ioni di litio positivi, che poi viaggiano verso l'anodo attraverso l'elettrolita, rilasciando energia che la batteria utilizzerà per la sua potenza. Questo processo rapido e semplice è ora utilizzato da miliardi di persone in tutto il mondo per alimentare i propri dispositivi.
Molte marche di batterie agli ioni di litio sono monouso. Sebbene possano alimentare un dispositivo per settimane, mesi o addirittura anni, deve essere smaltito e sostituito una volta che la batteria si scarica. Tuttavia, batterie ricaricabili a base di litio sono ora molto popolari, in quanto possono far risparmiare denaro agli utenti e produrre meno rifiuti.
Ma perché, esattamente, le batterie al litio sono la scelta migliore? Cosa li rende un'opzione così interessante per produttori e consumatori?
Perché usiamo batterie a base di litio?
Utilizziamo principalmente batterie al litio per la loro lunga durata rispetto ad altri tipi di batterie. I produttori vogliono produrre e vendere batterie che forniscano energia per alcuni giorni pur rimanendo leggere e compatte. Inoltre, secondo l'art Istituto per l'energia pulita, Le batterie agli ioni di litio hanno un'autoscarica molto bassa di circa l'1-2% al mese, il che significa che perdono una percentuale inferiore della loro capacità di alimentazione complessiva ogni volta che vengono utilizzate.
Le batterie agli ioni di litio possono produrre energia tramite un semplice processo chimico, il che le rende un'opzione molto interessante per i produttori. In aggiunta a ciò, la densità energetica delle batterie agli ioni di litio le rende l'opzione preferita. Una batteria standard agli ioni di litio ha una capacità di 260-270 Wh/kg (wattora per chilogrammo), mentre le batterie al piombo possono raggiungere solo una capacità di 50-100 Wh/kg (come da Energia della libellula). Anche la densità energetica delle batterie agli ioni di litio è una delle ragioni principali per cui lo sono comunemente usato nei veicoli elettrici.
A causa di questi fattori, le batterie al litio sono popolari tra il grande pubblico e non sono costose da acquistare. Mentre alcune marche o modelli di batterie possono avere un prezzo più elevato, le batterie standard a base di litio sono generalmente abbastanza convenienti e disponibili in milioni di negozi in tutto il mondo.
Ma le batterie agli ioni di litio non sono affatto perfette. In effetti, ci sono alcuni problemi evidenti associati a questa fonte di energia incredibilmente popolare.
Il problema con le batterie al litio
Uno dei maggiori problemi associati alle batterie agli ioni di litio è l'enorme quantità di rifiuti che creano. Molte persone scelgono di smaltire le batterie tramite i normali rifiuti una volta esaurite, il che è dannoso per l'ambiente.
Quando le batterie agli ioni di litio vengono smaltite insieme ad altri rifiuti generici non riciclabili, finiscono in discarica. Una volta atterrati qui, i loro componenti possono lisciviare e danneggiare gravemente l'ambiente circostante. Litio, nichel, cobalto e manganese possono comportare seri rischi di contaminazione e sono tutti presenti in vari tipi di batterie a base di litio.
Inoltre, l'estrazione del litio per questo tipo di batteria danneggia anche il nostro pianeta. Il litio può essere estratto tramite estrazione del sale o evaporazione, con entrambi i processi che hanno un effetto negativo sull'ambiente. Contaminazione, aumento della salinità dell'acqua, emissioni di CO2 e perdita di biodiversità sono tutti preoccupanti effetti collaterali dell'estrazione del litio.
Dato che il mercato delle batterie al litio dovrebbe crescere del 14,6% tra il 2020 e il 2026 (come riportato da Statista), è probabile che il processo di estrazione del litio continuerà a rappresentare una minaccia ambientale. Questo è anche un crescente preoccupazione nel settore della produzione di veicoli elettrici.
Dunque quali sono le alternative?
Le 4 migliori alternative di batterie al litio
1. Batterie per acqua salata
Gli oceani di acqua salata coprono i due terzi del nostro pianeta. Quindi, come può questa risorsa essere utilizzata per la generazione di energia?
Le batterie ad acqua salata utilizzano una soluzione salina concentrata per produrre energia. Le batterie di acqua salata contengono anche un anodo e un catodo, con la soluzione salina che funge da elettrolita (o vettore) per gli ioni sodio positivi (ioni Na+). Gli ioni sodio viaggiano dal catodo all'anodo, producendo energia.
L'acqua di mare reale non viene utilizzata nelle batterie ad acqua salata, ma è possibile raccogliere grandi quantità di sale dall'oceano e utilizzarle per queste batterie. L'utilizzo di acqua salata per produrre batterie potrebbe essere molto meno dannoso per l'ambiente rispetto ai processi di estrazione utilizzati per litio, cobalto, nichel e altri metalli utilizzati nelle batterie.
2. Batterie di vetro
Le batterie di vetro possono sembrare un po' insolite, ma hanno un grande potenziale. La batteria di vetro è un'idea relativamente nuova, concettualizzata per la prima volta dal fisico John Goodenough nel 2017. Questa batteria, nota come "batteria Goodenough", utilizza il vetro come elettrolita. Mentre gli elettroliti della batteria di solito si presentano in forma liquida, la batteria di vetro è completamente solida.
L'uso di un elettrolita solido è notevolmente più sicuro degli elettroliti liquidi, riducendo la possibilità di incendi ed eliminando il rischio di lisciviazione nelle discariche. Inoltre, la batteria in vetro potrebbe durare più a lungo delle batterie agli ioni di litio, rendendole nel complesso un'alternativa più sostenibile. Il sodio è utilizzato anche nella batteria di vetro, che, come accennato parlando delle batterie ad acqua salata, è una risorsa più sostenibile rispetto ai tradizionali metalli delle batterie.
3. Batterie sodio-zolfo
Le batterie sodio-zolfo (NaS) sono una forma di batteria allo stato liquido che utilizza anodi e catodi fusi. In questo caso, l'anodo e il catodo si presentano in forma liquida, il primo costituito da sodio fuso e il secondo da zolfo fuso. Queste batterie esistono dagli anni '60 prima che fosse inventata la batteria agli ioni di litio. Ma che potenzialità ha la batteria NaS nel nostro mondo?
Uno dei principali vantaggi delle batterie sodio-zolfo è la loro maggiore densità energetica rispetto alle batterie agli ioni di litio. Infatti, ricercatori dell'Università di Sydney ha creato una batteria sodio-zolfo con quattro volte la capacità energetica delle batterie agli ioni di litio nel 2022. Inoltre, le batterie sodio-zolfo sono meno tossiche delle batterie agli ioni di litio, il che è una buona notizia per l'ambiente.
4. Batterie di canapa
Non penseresti che la canapa abbia il potenziale per sostituire le batterie agli ioni di litio, ma questa pianta ha dimostrato ancora una volta la sua versatilità. Tuttavia, queste batterie hanno un avvertimento: usano ancora metalli pesanti come il litio per funzionare.
Orologio ecologico riporta che un esempio di una batteria alimentata a canapa, sviluppata dai ricercatori nel 2022, utilizza litio e zolfo nel suo processo di generazione di energia. La differenza qui è che non vengono utilizzati altri metalli pesanti, come il nichel o il cobalto, e la batteria stessa ha prestazioni migliori rispetto alle tradizionali varianti agli ioni di litio. Questo perché la canapa aiuta il catodo a prolungare la sua vita attraverso cicli ripetuti.
Le batterie a base di canapa sono anche più convenienti e vengono prese in considerazione per l'uso nei veicoli elettrici. Per conoscere i diversi tipi di batterie per veicoli elettrici, dai un'occhiata al nostro pezzo dedicato al tema.
L'industria delle batterie potrebbe diventare molto più verde in futuro
Con alternative così promettenti alle batterie agli ioni di litio già in lavorazione, è entusiasmante pensare al futuro dell'industria delle batterie. Se tali alternative vengono commercializzate con successo, possiamo prevenire innumerevoli problemi ambientali e disastri. Tutto sommato, è una vittoria per le sostituzioni agli ioni di litio!
