Autoscarica batteria: la colpa è del nastro adesivo in PET

Le comuni batterie agli ioni di litio (Li-Ion) sono accumulatori che sopportano centinaia di cicli di carica e scarica. C’è però un fenomeno in agguato, chiamato autoscarica batteria, che tende a ridurne l’autonomia.

Per mantenere in salute le batterie Li-Ion è bene scaricarle (non del tutto) e ricaricarle con frequenza in modo da mantenere i liquidi al loro interno sempre in movimento: Apple, sin dal rilascio di iOS 13, parla della regola “40-80”. Significa che le batterie agli ioni di litio dovrebbero essere sempre mantenute tra il 40% e l’80% di autonomia.

Ispirandosi alle indicazioni della Mela, frutto di una serie di verifiche sul campo, tanti produttori hanno implementato il sistema della carica adattiva: di notte, soprattutto qualche ora prima della sveglia, la ricarica della batteria avviene molto più lentamente.

Il nemico delle batterie agli ioni di litio è il calore, non il collegamento prolungato all’alimentatore

Lasciare lo smartphone in carica tutte la notte non è quindi una procedura scorretta: l’importante è non permettere che la batteria dello smartphone si scaldi (ad esempio perché appoggiato sopra o sotto le coperte, sotto il cuscino o in un cassetto…). È altresì cruciale essere consapevoli di che cosa cambia quando si carica lo smartphone senza caricabatterie originale.

Durante il processo di carica della batteria gli ioni di litio passano dal catodo all’anodo; nella fase di scarica si verifica invece il processo inverso con gli ioni che tornano al catodo. Per facilitare questi movimenti gli ioni sono fatti transitare attraverso un elettrolita, un composto organico volatile e infiammabile.

Le aree della batteria all’interno delle quali sono posti i due elettrodi, sono suddivise con una membrana che funge da separatore ed è a tutti gli effetti un dispositivo di sicurezza. Avrete certamente visto una batteria gonfia: nell’articolo spieghiamo perché succede e quanto è pericoloso.

C’è però il fenomeno del quale gli utenti si lamentano piuttosto spesso e che abbiamo citato in apertura: l’autoscarica della batteria.

Cos’è l’autoscarica della batteria e cosa c’entra l’adesivo

La carica della batteria si riduce gradualmente con il tempo, anche se il dispositivo a cui è connessa non risulta in funzione: questo fenomeno è chiamato autoscarica e i produttori hanno sempre sottolineato che non può essere completamente evitato.

Michael Metzger, docente presso la Dalhousie University (Canada), è capo di un importante laboratorio presso il quale sono condotti esperimenti complessi volti a migliorare le batterie.

A febbraio 2023, il professore spiegava che lui e i suoi collaboratori avevano scoperto un aspetto sul quale fino ad allora non era mai stata riposta la dovuta l’attenzione. Dopo una serie di verifiche approfondite, si è capito qual è uno dei principali responsabili dell’autoscarica delle batterie.

Nastro adesivo responsabile dell’autoscarica delle batterie

Metzger osserva che nelle celle delle batterie commerciali è presente un elemento adesivo, simile allo scotch che usiamo abitualmente per confezionare i pacchi, che tiene insieme gli elettrodi. Il nastro adesivo utilizzato nelle batterie subisce una decomposizione chimica che a sua volta genera una molecola che porta all’autoscarica. “Nessuno ha pensato che avrebbe avuto un impatto così significativo sulle modalità con cui le celle agli ioni di litio si degradano“, ha commentato.

Come parte della loro ricerca, Metzger e i suoi collaboratori hanno aperto diverse celle dopo averle esposte a temperature diverse. Sono rimasti sbigottiti nell’osservare che la soluzione elettrolitica nella cella era di un rosso vivo.

Hanno quindi iniziato a indagare sulla causa collocando le celle con una soluzione elettrolitica comune in forni a quattro diverse temperature: uno a 25°C è rimasto limpido, il campione a 55°C è diventato marrone chiaro, quello a 70°C era rosso sangue. Un’analisi chimica ha permesso di stabilire la composizione dell’elettrolita.

Una specifica molecola accelera significativamente il processo di autoscarica

Dopo quest’attività di verifica, Metzger e i suoi partner hanno potuto accertare che il polietilene tereftalato (PET) dell’adesivo si decompone e crea la molecola che velocizza il processo di autoscarica. La molecola è chiamata redox shuttle perché può viaggiare verso il polo positivo quindi sul negativo e poi di nuovo verso il positivo: facendo la spola tra gli elettrodi ingenera il meccanismo di autoscarica. Ciò avviene “dietro le quinte” anche quando gli ioni di litio non dovrebbero muoversi perché la batteria rimane inutilizzata.

“È qualcosa che non ci saremmo mai aspettati perché nessuno guarda questi componenti inattivi, nastri e fogli di plastica che avvolgono le celle della batteria. È però un aspetto che deve davvero essere preso in considerazione se si vogliono limitare le reazioni collaterali nelle batterie“, ha osservato ancora Metzger.

Le informazioni condivise dagli accademici canadesi potrebbero portare a una nuova ingegnerizzazione delle batterie e la sostituzione del nastro in PET con un materiale più stabile meno soggetto al degrado.

Rimuovendo il nastro adesivo, la durata delle batterie Li-Ion aumenta del 10%

I due studi (vedere questo documento e questo) hanno già suscitato notevole interesse da parte dell’industria. Tanto che non soltanto i risultati del lavoro svolto dal team capitanato dal professor Metzger sono stati confermati ma la ricerca ha meritato la pubblicazione, in questi giorni, su Nature.

Un gruppo di ricercatori guidato dalla dottoranda Anu Adamson, si è mosso sul solco tracciato da Metzger e, sempre presso la Dalhousie University, ha scoperto che per risolvere il problema dell’autoscarica è sufficiente passare a un altro materiale ovvero un nastro in polipropilene (PP).

Gli studiosi hanno accertato che il PP risolve alla radice il problema dell’autoscarica perché non tende a sciogliersi. Inoltre, non presenta alcun aggravio in termini di costi in quanto il prezzo in produzione è all’incirca in linea con quello del nastro in PET.

Per quanto riguarda i vantaggi, la durata della batteria con nastro PP si estende fino al 10%, mentre l’autoscarica diminuisce fino al 70%.

È improbabile, a questo punto, che i produttori di batterie continuino a usare il PET in luogo del nastro PP. I benefici, a tutti i livelli, sono davvero considerevoli.