Catodo della Batteria
Il catodo rappresenta l’elettrodo positivo o di ossidazione in una batteria, acquisendo elettroni dal circuito esterno e subendo una riduzione durante la reazione elettrochimica. Nelle batterie al litio, i materiali per il catodo sono generalmente costituiti da LiCoO2 o LiMn2O4. È fondamentale che il catodo mantenga una grande quantità di litio senza un significativo cambiamento nella struttura, presenti una buona stabilità chimica ed elettrochimica con l’elettrolita, sia un buon conduttore elettrico e diffusore di ioni di litio, e infine abbia un basso costo.
Composizione delle Batterie
Le batterie sono costituite da una vasta gamma di materiali che ne determinano capacità e comportamenti diversi. I materiali più comuni includono piombo, nichel, zinco e litio, ognuno con specifiche prestazioni e impieghi a seconda delle esigenze. Esistono molti tipi di celle elettrochimiche con vari processi chimici e design, come le celle galvaniche, elettrolitiche, a combustibile, a flusso e le pile voltaiche. Una batteria a cella umida utilizza un elettrolita liquido e viene spesso impiegata come strumento didattico per l’elettrochimica. Al contrario, una cella a secco utilizza un elettrolita in pasta, permettendo il suo funzionamento in qualsiasi orientamento senza il rischio di perdite, rendendola adatta per apparecchiature portatili. La composizione chimica e materiale delle batterie determina dimensioni, formato e prestazioni generali.
Anodo della Batteria
L’anodo è l’elettrodo negativo o di riduzione che rilascia elettroni al circuito esterno e si ossida durante una reazione elettrochimica. Un materiale anodico comune è il grafite litiatato, LixC6, composto da fogli di grafite intercalati con litio. Sono in fase di ricerca nuovi materiali basati su silicio e altre miscele elementari. Il grafite litiatato possiede una cella unitaria con struttura HCP.
Elettrolita della Batteria
L’elettrolita è un mezzo contenente ioni che conduce elettricamente attraverso il movimento di questi ioni, ma non conduce elettroni. Nelle batterie agli ioni di litio, l’elettrolita è tipicamente un sale di litio sciolto in solventi organici. Un buon elettrolita deve avere bassa reattività con gli altri componenti della cella, alta conduttività ionica, bassa tossicità, una larga finestra di stabilità della tensione elettrochimica (0-5V) e stabilità termica.
Separatore della Batteria
Il separatore è una membrana permeabile situata tra l’anodo e il catodo di una batteria. La sua funzione principale è mantenere separati i due elettrodi per prevenire cortocircuiti elettrici, consentendo allo stesso tempo il trasporto dei portatori di carica ionica necessari per chiudere il circuito durante il passaggio di corrente in una cella elettrochimica. I separatori in batterie agli ioni di litio devono essere elettrochimicamente e chimicamente stabili rispetto all’elettrolita e ai materiali dell’elettrodo.
Collettori di Corrente della Batteria
I collettori di corrente sono responsabili del trasferimento del flusso di elettroni dagli elettrodi a un circuito esterno. Esistono vari tipi di collettori di corrente: rete, schiuma e foglio. Per ridurre le dimensioni generali e migliorare la capacità volumetrica delle celle, si preferiscono fogli metallici sottili e leggeri. I collettori di corrente dovrebbero possedere un’elevata conduttività elettrica per ridurre la resistenza della cella e stabilità chimica a contatto con l’elettrolita liquido.
Conclusione
La comprensione della composizione e del funzionamento dei vari componenti di una batteria, come il catodo, l’anodo, l’elettrolita, il separatore e i collettori di corrente, è fondamentale per lo sviluppo di tecnologie di stoccaggio dell’energia sempre più efficienti e sostenibili.
