Introduzione agli Elettroliti
Gli elettroliti sono mezzi contenenti ioni che conducono elettricità attraverso il movimento di questi ioni, ma non conducono elettroni. Sono fondamentali nella composizione delle batterie, fungendo da soluzione interna. A seconda del tipo di batteria, gli elettroliti possono essere liquidi o simili a paste. La scelta dell’elettrolita è cruciale per la prestazione e la sicurezza di tutte le batterie.
Elettroliti nelle Batterie al Litio
Nelle batterie agli ioni di litio, l’elettrolita è tipicamente un sale di litio sciolto in solventi organici. Un buon elettrolita deve avere una bassa reattività con gli altri componenti della cella, alta conduttività ionica, bassa tossicità, un ampio intervallo di stabilità della tensione elettrochimica (0-5V) e stabilità termica.
Composizione delle Batterie
Le batterie sono composte da una vasta gamma di materiali che risultano in diverse capacità e comportamenti. I materiali comuni includono piombo, nichel, zinco e litio, ognuno specifico per diversi scopi a seconda delle necessità. Esistono molte tipologie di celle elettrochimiche con vari processi chimici e design, come celle galvaniche, elettrolitiche, a combustibile, a flusso e pile voltaiche.
Batterie a Cellula Umida e Secca
Una batteria a cellula umida ha un elettrolita liquido, coprendo tutte le parti interne. Le cellule umide sono state un precursore delle cellule asciutte e sono comunemente usate come strumento didattico per l’elettrochimica. Una cellula asciutta utilizza un elettrolita in pasta con solo abbastanza umidità per consentire il flusso di corrente. A differenza di una cellula umida, una cellula asciutta può operare in qualsiasi orientamento senza versare, poiché non contiene liquido libero, rendendola adatta per apparecchiature portatili.
Composizione Chimica e Materiale delle Batterie
La composizione chimica e materiale delle batterie determina le loro dimensioni, formato e prestazioni complessive. Ogni batteria ha una diversa composizione, ma la maggior parte delle batterie ha alcuni componenti comuni:
Catodo: Il catodo è l’elettrodo positivo o ossidante che acquisisce elettroni dal circuito esterno e si riduce durante la reazione elettrochimica. Nei litio-batterie, i materiali del catodo sono generalmente costruiti da LiCoO2 o LiMn2O4.
Anodo: L’anodo è l’elettrodo negativo o riducente che rilascia elettroni al circuito esterno e si ossida durante una reazione elettrochimica. Uno dei materiali più comuni per l’anodo usato oggi è il grafite litiatato, LixC6.
Elettrolita: Un elettrolita è un mezzo contenente ioni che sono elettricamente conduttivi attraverso il movimento di questi ioni.
Separatore: Un separatore è una membrana permeabile posta tra l’anodo e il catodo di una batteria. I separatori nelle batterie agli ioni di litio devono essere elettrochimicamente e chimicamente stabili rispetto all’elettrolita e ai materiali dell’elettrodo.
Collettori di Corrente: Sono responsabili per il trasferimento del flusso di elettroni dagli elettrodi a un circuito esterno. I collettori di corrente dovrebbero possedere un’elevata conduttività elettrica per ridurre la resistenza della cella.
Batterie Alcaline
La batteria alcalina è composta da cinque parti principali:
Collettore di corrente interno (perno)
Anodo: Il materiale attivo nell’anodo è Zn.
Separatore: Una membrana permeabile tra anodo e catodo.
Catodo: Il materiale attivo del catodo è biossido di manganese.
Elettrolita: Idrossido di potassio acquoso è impiegato come elettrolita.
In conclusione, l’elettrolita gioca un ruolo fondamentale nella prestazione e sicurezza delle batterie, influenzando direttamente le loro capacità e applicazioni.
