Per un pugno di dendriti
Le batterie al Litio sono oggi le più utilizzate. Gli smartphone ad esempio fanno uso praticamente esclusivo di questa tecnologia, così come le auto elettriche. Che stregoneria si nasconde dietro ad esse e perché è bene sapere come funzionano?
La tecnologia non è nuova e la prima traccia risale al 1912 fabbricata da Gilbert Lewis, tuttavia vista la loro instabilità bisognerà attendere vari miglioramenti fino al 1991 quando Sony immetterà sul mercato questo tipo di pile.
I vantaggi degli ioni di litio sono che non hanno effetto memoria, sono duttili nella costruzione tanto da poter ricoprire varie forme, sono più leggere rispetto alle vecchie Nichel, dispongono a parità di volume una capacità migliore e dispongono di un tasso di scarica naturale piuttosto basso. Inoltre la capacità stessa è di fatto costante per poi crollare verticalmente, al contrario dei vecchi sistemi che cedevano molto prima.
Gli svantaggi sono il ciclo di vita predeterminato, cioè che la utilizziate o meno, una batteria a litio decade dal momento della produzione. Soffrono terribilmente sull’utilizzo dei range estremi, cioè se la scaricate troppo può danneggiarsi, così come se la utilizzate troppo, cioè viene utilizzata la massima capienza in modo continuato tanto da surriscaldarle (gli smartphone però hanno dei sistemi di controllo che evitano in modo intelligente di entrare in questi range). Il litio è disponibile in quantità limitata e l’estrazione è complessa. Infine il problema più grosso di tutti, i dendriti di litio.
Qui devo fare una spiegazione tecnica, ma vi farà capire perché queste batterie esplodono, e pure con una certa violenza. Ogni batteria funziona in base ad un processo chimico che vede il catodo e l’anodo come elementi principali. Quando mettiamo sotto carica gli ioni di litio passano tra catodo e anodo per fare il processo opposto durante l’utilizzo dello smartphone. L’autostrada che permette questo passaggio è una sostanza acquosa chiamata elettrolita. Il catodo e anodo non devono toccarsi per nessuna ragione ed infatti tra le due oltre all’elettrolita è presente un separatore, cioè una membrana porosa che permette di assorbire l’elettrolita senza bloccare al contempo lo scambio di ioni.
Questo separatore di fatto serve anche a livello di sicurezza in caso di impatto esterno. Come ho anticipato se ci fosse un contatto tra catodo e anodo si avrebbe un repentino quanto violentissimo aumento di temperatura. Siccome le batterie sono divise in celle, ovvero in sezioni più piccole, l’esplosione di una coinvolgerebbe quelle vicine creando una serie di esplosioni via via più violente. Infatti in molti video di esplosioni di queste batterie si nota inizialmente una fiammata molto violenta che sprigiona da un punto debole della struttura, per poi degenerare dopo pochi secondi in una vera e propria esplosione.
Stando a quanto ho detto, fintantoché non c’è un impatto di qualche tipo si dovrebbe stare sicuri. Purtroppo no, infatti ho parlato dei dendriti di litio. Questi sono delle ramificazioni di filamento metallico che si producono in modo naturale durante la carica a partire dall’anodo. Sono come delle stalattiti che si accumulano in modo del tutto naturale, purtroppo non esiste una formulazione che permette di pre-determinare la crescita. Cioè può essere che la loro ramificazione sia del tutto risibile in centinaia di cariche, come poter progredire in modo evidente con una o due cariche.
Questi dendriti di litio sono in grado di crescere e raggiungere il separatore per sorpassarlo andando ad effettuare il fatidico contatto con il catodo. Questo di fatto è quello che è successo con il famoso Note 7.
Un modo per controllare la velocità di crescita dei filamenti è quella di ridurre la capacità, cercando poi di sopperire la perdita con maggior numero di celle o di stratificazione.
Per ovviare a queste problematiche ci sono varie soluzioni, come inserire dei reagenti che neutralizzano l’elettrolita in caso di temperatura oltre i limiti normali, in quel caso la batteria sarebbe comunque da buttare.
Il Dr. Mike Zimmerman ha anche trovato la soluzione finale, ma al momento per motivi di brevetto non è ancora adottata come dovrebbe essere. In pratica si è sostituito sia il separatore che l’elettrolita con una sostanza plastica (polimeri) che di fatto non solo evita il fenomeno dei dendriti ma aumenta persino la sicurezza, tanto che si può letteralmente tagliare con le forbici la batteria senza che questa esploda. Siccome i dendriti sono scongiurati si può aumentare in modo consistente la capacità, quindi batterie più piccole ma capienti. Queste batterie sono già state nominate (e forse ne avete sentito parlare) come solid state battery o batterie allo stato solido.
In attesa di avere nelle nostre tasche smartphone con questa tecnologia conviene stare all’occhio, in particolare non lasciare sotto carica smartphone senza una presenza umana al fine di non trovarvi la casa incendiata. In particolare bisogna fare attenzione a prodotti "cinesi" o non di marca che utilizzano materiali scadenti.
Se lo smartphone aumenta considerevolmente la sua temperatura tanto da diventare bollente al tatto potrebbe essere indice di una situazione critica su una cella. In quel caso provate a spegnerlo, scollegato dalla corrente elettrica, e mettete il dispositivo in una zona sicura, meglio all’aria aperta. Potrebbe trattarsi di un problema di cpu al 100% (quindi surriscaldata) o di batteria. In ogni caso un problema può veicolare l’altro, per cui è necessario porvi attenzione.
Se notate un rigonfiamento nella plastica significa che sta per avverarsi il processo chimico che porta all'esplosione, infatti in moltissimi casi si nota un raddoppio del volume prima dell'evento vero e proprio, ma questo dipende molto dalla qualità dei materiali utilizzati. Quelle con materiali più poveri esploderanno quasi istantaneamente.
Se poi il fuoco è conclamato è bene sbarazzarsi il più velocemente possibile dello smartphone lontano dal vostro corpo, ma allo stesso tempo fare attenzione a non gettarlo in prossimità di materiali infiammabili.