Storia delle Batterie

La storia delle batterie ha radici antiche e affonda le sue origini nel XVIII secolo con l’invenzione della pila di Volta, ideata dal grande fisico italiano Alessandro Volta nel 1800 che chiamò organo elettrico artificiale. Questa fu la prima forma di dispositivo in grado di generare una corrente elettrica continua.

La pila di Volta era costituita da dischi alternati (impilati) di zinco e rame, detti elementi voltaici, separati da strati di carta imbevuti di una soluzione salina che funge da conduttore. Questo device sfruttava il diverso potenziale degli elementi a contatto tra loro, per trasformare l’energia chimica in corrente elettrica.

pila di volta
pila di volta

La scoperta di Volta costituì la prima pietra nella storia delle batterie e dimostrò che l’elettricità poteva essere generata chimicamente e non solo staticamente, come si credeva all’epoca.

Tuttavia tale dispositivo presentava una grande limitazione: non poteva essere ricaricato e, pertanto era necessario ricominciare il processo dall’inizio. Successivamente Humphry Davy, uno dei più grandi chimici di tutti i tempi dopo lunghe e accurate ricerche giunse alla conclusione che i suoi effetti elettrici, contrariamente a quanto creduto da Volta, non erano provocati dal semplice contatto di metalli diversi, bensì da mutamenti chimici.

Storia delle batterie: dalla pila all’accumulatore

Nell’ambito della storia delle batterie, successivamente, nel corso del XIX e XX secolo, furono sviluppati diversi tipi di dispositivi, ognuno dei quali con caratteristiche e applicazioni specifiche. Nel 1836, il chimico inglese John Frederic Daniell introdusse la pila Daniell, sfruttando il prototipo di Alessandro Volta e utilizzata principalmente in ambito industriale.

pila di Gaston Planté
pila di Gaston Planté

Nel 1859, Gaston Planté sviluppò la prima batteria ricaricabile al piombo-acido, che sarebbe diventata la base per le batterie al piombo moderne e costituì una novità nella storia delle batterie.

Le batterie al piombo-acido erano costituite da una griglia, al cui interno veniva inserita una pasta di ossido di piombo, il materiale così preparato formava una piastra che successivamente veniva immersa in una soluzione di acido solforico, o acqua demineralizzata e acido solforico.

Nonostante la grossa rivoluzione avutasi con l’introduzione di questo tipo di accumulatore con la capacità di essere ricaricato più volte, esso presentava numerosissimi svantaggi. Soprattutto perché la tecnologia di base è rimasta fedele a quella iniziale.

Ne ricordiamo alcuni: il peso di circa 6 KgWh, la presenza di acido solforico potenzialmente dannoso per l’ambiente anche per la presenza del piombo. Bassa efficienza di ricarica, circa il 75%, questo perché tale dispositivo  necessita di una energia  di ricarica superiore rispetto a l’energia che può erogare, tale surplus energetico serve per portare a gassificazione la soluzione elettrolitica contenuta al suo interno.

L’evaporazione di tali gas comporta dei costi di manutenzione che le attuali batterie non presentano.

Per tutte le ragioni descritte qui, sinteticamente, la ricerca si è spinta in avanti e nel corso del XX secolo, la storia delle batterie si evolve e la ricerca ha portato ad una vasta gamma di accumulatori con tecnologie differenti che sfruttano chimiche differenti. Si annoverano tra queste: le batterie nichel-cadmio, le batterie nichel-metallo idruro, le batterie a ioni litio e molte altre.

Ogni tipo di batteria ha caratteristiche specifiche che le rendono adatte a seconda del tipo di applicazioni, come dispositivi portatili, veicoli elettrici, elettronica di consumo e molto altro.

Dalle Origini alla Rivoluzione Energetica

Negli ultimi decenni, con l’aumento dell’interesse per l’energia sostenibile e le fonti rinnovabili, la ricerca sulle batterie è stata intensificata per migliorare l’efficienza energetica, la durata della carica e ridurre l’impatto ambientale.

batteria ioni litio
batteria ioni litio

Oggi, le batterie giocano un ruolo cruciale in molte tecnologie moderne, contribuendo significativamente alla nostra vita quotidiana e alla transizione verso un futuro più sostenibile.

Proprio in virtù di queste necessità che la ricerca moderna sta concentrando gli sforzi per sviluppare delle batterie allo stato solido, le quali sfruttano un’elettrolita solido anziché il classico elettrolita liquido contenuto all’interno delle batterie a ioni Litio.

Si ritiene che la tecnologia delle batterie allo stato solido sia in grado di aumentare la densità di energia (2,5x), grazie all’utilizzo dell’anodo al litio metallico.

Le batterie allo stato solido non necessitano dell’uso di materiali pericolosi o tossici presenti nelle batterie commerciali, come elettroliti organici.

Studi recenti mostrano che la generazione di calore all’interno è solo del 20-30% circa rispetto alle batterie convenzionali con elettrolita liquido in fuga termica.

La tecnologia allo stato solido, nella quale l’elettrolita liquido è sostituito, quindi, da una controparte allo stato solido, è considerato uno dei principali competitor delle LIBs in quanto si dimostra un’alternativa promettente in grado di soddisfare i requisiti dei sistemi di accumulo dell’energia ma in modo più sicuro. Infatti, gli elettroliti solidi (SE) possono essere accoppiati con anodi di litio metallico con conseguente aumento della densità energetica della cella, con un rischio basso o quasi nullo di fenomeni di thermal runaway.

 

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