Addio all'inventore della batteria agli ioni di litio, John B. Goodenough

Aveva ricevuto il Nobel per la chimica nel 2019, insieme con lo statunitense Michael Stanley Whittingham e il giapponese Akira Yoshino, per lo sviluppo della batteria agli ioni di litio. Si è spento alla soglia dei 101 anni John Bannister Goodenough, co-inventore statunitense di uno degli oggetti più utilizzati in assoluto al mondo, in ogni genere di dispositivo elettronico.

Whittingham è stato il primo a scoprire che il litio può essere raccolto all’interno di fogli di solfuro di titanio. Goodenough ha perfezionato l’intuizione utilizzando un catodo a base di cobalto per dare vita alle comuni batterie agli ioni di litio (Li-Ion).

Goodenough è nato da genitori americani a Jena, in Germania. Dopo aver studiato matematica all’Università di Yale, è stato in servizio nell’esercito degli Stati Uniti durante la seconda guerra mondiale come meteorologo. Ha poi studiato all’Università di Chicago e ha conseguito un dottorato in fisica nel 1952. Successivamente ha lavorato presso il Massachusetts Institute of Technology e l’Università di Oxford nel Regno Unito.

Prima del prestigioso Nobel, nel 2013 Goodenough aveva ricevuto dalle mani dell’ex presidente USA Barack Obama il premio National Medal of Science.

Come funziona la batteria agli ioni di litio, in breve

Il lavoro svolto da Goodenough, Whittingham e Yoshino negli anni ’70 e ’80 ha permesso l’avvio della commercializzazione delle batterie agli ioni di litio già a partire dal 1991 (Sony e Asahi Kasei). I vantaggi della configurazione individuata dal gruppo di scienziati risiedeva nell’elevata densità energetica, nella lunga durata, nel peso leggero e nell’assenza del cosiddetto effetto memoria.

Le batterie agli ioni di litio sono composte da celle elettrochimiche che contengono un catodo (positivo), un anodo (negativo) e un elettrolita che permette il flusso degli ioni. L’anodo è di solito realizzato con un composto di carbonio, mentre il catodo può essere realizzato con vari materiali, come ossidi di metallo di litio e cobalto, nichel, manganese o ferrofosfato. L’elettrolita è una soluzione che consente il trasporto degli ioni di litio tra il catodo e l’anodo.

Durante la carica della batteria, gli ioni di litio si spostano dall’anodo al catodo attraverso l’elettrolita, creando uno sbilanciamento di carica. Durante la scarica, gli ioni di litio tornano all’anodo attraverso l’elettrolita, generando energia elettrica utilizzabile.

La carica e la scarica delle batterie agli ioni di litio avvengono attraverso reazioni chimiche reversibili. Questa proprietà consente alle batterie di essere riutilizzate per molti cicli di carica e scarica senza una perdita significativa delle prestazioni. Le batterie agli ioni di litio sono inoltre caratterizzate da una bassa autoscarica: ciò che significa che perdono energia solo in modo molto limitato quando non sono in uso. Un noto ricercatore ha recentemente individuato il responsabile dell’autoscarica nelle batterie agli ioni di litio, quando essa si manifesta.

Gli svantaggi delle batterie Li-Ion

Nonostante i tanti punti a favore, le batterie agli ioni di litio presentano anche alcuni svantaggi. Nel corso del tempo, le prestazioni delle batterie agli ioni di litio tendono a deteriorarsi. Questo è principalmente causato dalla degradazione del catodo, un aspetto può portare a una diminuzione della capacità di carica e alla necessità di sostituire la batteria dopo un certo numero di cicli di carica e scarica.

Per mantenere in salute le batterie Li-Ion è bene scaricarle non completamente procedendo con ricariche frequenti. L’obiettivo è quello di mantenere i liquidi al loro interno sempre in movimento. Apple, sin dal rilascio di iOS 13, ha introdotto la regola “40-80”: le batterie agli ioni di litio dovrebbero essere sempre mantenute tra il 40% e l’80% di autonomia. Abbiamo visto cosa fare se la batteria si scarica velocemente.

Le alte temperature possono influire negativamente sulle prestazioni e sulla vita utile delle batterie agli ioni di litio. L’elevato calore può accelerare la degradazione delle celle, riducendo la capacità e l’efficienza della batteria. Per questo, non è certo un problema lasciare lo smartphone sotto carica tutta la notte. Lo è, però, se la batteria venisse sottoposta a un eccessivo riscaldamento.

Inoltre, sebbene le batterie agli ioni di litio siano generalmente sicure, possono potenzialmente evidenziare problemi di sicurezza in alcune circostanze. L’accumulo di calore o la sovraccarica possono causare surriscaldamento e, in casi estremi, possono portare a incendi o esplosioni. Gli standard di sicurezza sono notevolmente migliorati nel corso degli anni per ridurre questi rischi.

Avrete certamente presente il fenomeno della batteria gonfia: in questo caso le reazioni chimiche non si completano in maniera corretta portando alla formazione di un gas che tende a far aumentare il volume del dispositivo. Inoltre, ciò avviene quando la separazione tra gli elettrodi non è più adeguata.