Quando e perché la batteria dello smartphone può esplodere

Il tema della sicurezza delle batterie è sempre più scottante. Rispetto al numero di dispositivi mobili complessivamente utilizzati in tutto il mondo i casi di batterie esplose, con la segnalazione di lesioni fisiche, sono un numero estremamente limitato. Quando la batteria di uno smartphone, di un tablet o di un notebook esplode non è però mai un evento “piacevole” e anzi si tratta di una situazione – seppur rara – estremamente pericolosa.

Ultimamente ricorre spesso la notizia di dispositivi elettronici esplosi improvvisamente: di recente la batteria di un portatile è esplosa nella metropolitana di Madrid provocando un denso fumo che si è diffuso all’interno del vagone in cui si è verificato l’incidente e causando lievi lesioni a sei persone, oltre all’avvio delle procedura antiterrorismo con una serie di successivi disagi.

Il Galaxy Note7 di Samsung, con i ripetuti casi di esplosioni delle batterie, è stato a suo tempo rapidamente ritirato dal mercato (Galaxy Note7: batterie di dimensioni sbagliate) ma i casi di batterie che hanno preso fuoco o che sono esplose riguardano tanti produttori.

Mentre scienziati e ricercatori stanno lavorando sulla messa a punto di batterie innovative che possano del tutto scongiurare l’eventualità di un’esplosione (Batteria a stato solido: durerà molto di più e sarà sicurissima), è interessante capire perché le batterie agli ioni di litio possono esplodere e quali attenzioni è possibile mettere in campo per ridurre questo rischio.

La struttura delle batterie agli ioni di litio

Ogni batteria, quindi anche quelle agli ioni di litio, basano il loro funzionamento sull’utilizzo di due elettrodi (anodo e catodo).
Le comuni batterie agli ioni di litio (Li-Ion) sono accumulatori che permettono di essere ricaricati per migliaia di volte, che offrono un ottimo rapporto peso/potenza e che non soffrono dell'”effetto memoria” come le vecchie al nichel-cadmio. In altre parole le batterie agli ioni di litio non “ricordano” la precedente ricarica riducendo l’autonomia complessivamente disponibile.

Come abbiamo più volte evidenziato per mantenere in salute le batterie agli ioni di litio è bene scaricarle (non del tutto) e ricaricarle con frequenza in modo da mantenere i liquidi al loro interno sempre in movimento: Batteria portatile: come verificarne lo stato di salute.

Nemici delle batterie agli ioni di litio sono le alte temperature, l’utilizzo scorretto (abitudine a lasciar scaricare completamente la batteria; mantenere inutilizzata la batteria per lungo tempo), la conservazione inadeguata (lasciata inutilizzata ad elevate temperature), l’abuso della ricarica veloce: vedere Caricare la batteria del cellulare: gli errori da evitare per farla durare di più. Nel caso dei notebook, consultare anche l’articolo Batteria portatile: come verificarne lo stato di salute che fornisce interessanti spunti per controllare la salute della batteria con Windows.

Quando la batteria subisce un processo di carica, gli ioni di litio passano dal catodo all’anodo; durante la fase di scarica si verifica invece il processo inverso con gli ioni che tornano al catodo. Per facilitare questi “spostamenti”, gli ioni vengono fatti transitare attraverso un elettrolita, un composto organico volatile e infiammabile. Tra le zone in cui sono immersi i due elettrodi è posta una membrana che funge da separatore ed è a tutti gli effetti un dispositivo di sicurezza.

Nelle attuali batterie agli ioni di litio, l’anodo si degrada con il passare del tempo dando origine ai cosiddetti dendriti, piccole ramificazioni che possono arrivare anche a forare la barriera tra anodo e catodo (il “separatore”). A seguito di questo problema, l’avvicinamento tra anodo e catodo può aumentare drasticamente i rischi di corto circuito, il surriscaldamento e la conseguente possibile esplosione della batteria.

Il cosiddetto thermal runaway è una situazione che si verifica proprio quando la temperatura all’interno della batteria inizia a crescere in modo incontrollato, un’instabilità termica che causa un processo a catena culminante, spesso, con la combustione e l’esplosione.
Per ridurre la probabilità di un evento del genere, la dimensione della batteria certamente aiuta così come è molto utile la scelta del materiale usato per la realizzazione del catodo.

Nei moderni smartphone, invece, in cui la miniaturizzazione delle batterie ha raggiunto livelli mai visti prima (e quindi c’è sempre meno spazio tra polo positivo e negativo), il catodo è generalmente realizzato in ossido di cobalto che per sua natura non tollera temperature superiori ai 150 gradi (oltre a ridurre i cicli di ricarica possibili).

Se alcuni ricercatori hanno proposto l’utilizzo della silice per rendere le batterie agli ioni di litio più sicure e meno vulnerabili, per esempio, agli urti (Batterie agli ioni di litio meno soggette a incendi ed esplosioni), va detto che le moderne batterie usano un separatore a più strati che si fonde nel caso in cui le temperature dovessero cominciare a salire esageratamente (scongiurando così i rischi di un contatto tra anodo e catodo).

L’eventualità della formazione di dendriti e quindi di lunghi filamenti che possono scatenare il processo non è però ad oggi scongiurabile, almeno nelle batterie con anodo metallico come quelle usate negli smartphone e nei notebook. In quelle che usano la grafite il problema è meno sentito perché attorno alla superficie dell’anodo, già ai primi cicli di carica e scarica, si forma uno strato di passivazione “protettivo”.

Come accennavamo in precedenza, semmai, il continuo abuso della ricarica rapida delle batterie certamente non aiuta: con attività di questo tipo gli ioni di litio fanno molta più fatica a dissolversi nell’elettrolita favorendo la formazione di dendriti e aumentando le probabilità di cortocircuiti.

Utilizzo di batterie non perfettamente realizzate (o che presentano difetti di fabbrica), continue ricariche veloci, surriscaldamento, urti violenti possono scatenare gli eventi descritti in precedenza e arrivare addirittura a provocare un’esplosione.
Massima attenzione quindi alla scelta delle batterie sostitutive (evitare quelle più a basso costo e sulle quali il produttore non fornisce alcun tipo di garanzia), alle modalità con cui esse vengono caricate e scaricate, alle temperature di esercizio, alle modalità di conservazione e alle condizioni ambientali in cui il dispositivo viene utilizzato (mai lasciare lo smartphone in auto sotto il sole o, per esempio, sotto il cuscino o le coperte, anche per questioni di sicurezza).