Le batterie per smartphone si fanno sempre più grandi e potenti, ma a prescindere da ciò si scaricano troppo facilmente. Per quanto a incidere siano comunque i nostri consumi e usi quotidiani, è altresì vero che la durata della batteria dipende anche da alcune componenti software.
Non a caso, la HZB di Berlino ha sviluppato una soluzione per far durare più a lungo certi tipi di batterie per smartphone. Una soluzione a base di algoritmo.
La ricerca di HZB per far durare più a lungo le batterie per smartphone
Tra le tecnologie più pratiche per immagazzinare e distribuire energia elettrica, le batterie al litio-ionico stanno cominciando a mostrare i loro limiti. Non a caso, un team di ricercatori europei dell’Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) e dell’Università Humboldt di Berlino hanno cercato di sviluppare una soluzione efficace contro questo problema: una ricarica alternativa per far durare molto più a lungo le batterie al litio-ionico rispetto a quanto avviene attualmente.
E come? Con un protocollo di ricarica basato su corrente a impulsi (pulsed current, PC): appunto, un apposito algoritmo che viene adoperato in sede di ricarica delle batterie. Con l’utilizzo di questo nuovo protocollo PC, il team ha scoperto che l’interfaccia SEI (solid electrolyte interface) era molto più sottile, e i materiali degli elettrodi subivano meno cambiamenti strutturali.
In pratica, le batterie diventano più resilienti e mantengono una capacità energetica più elevata, anche dopo centinaia di cicli di scarica e ricarica.
Il problema software delle batterie al litio-ionico
Contenitori compatti ed efficienti, le batterie al litio-ionico si trovano ovunque: dai veicoli elettrici ai dispositivi elettronici. Ma la loro capacità si degrada gradualmente mentre gli elettroliti passano attraverso la membrana che separa l’anodo e il catodo.
E il risultato è trovarsi con le migliori batterie al litio-ionico che forniscono una durata di servizio fino a 8 anni.
Il motivo è anche dettato dalla modalità di ricarica convenzionale, che utilizza una corrente costante (constant current, CC) di energia elettrica esterna. A utilizzare la ricarica CC come modello di campione per la ricerca, gli scienziati hanno scoperto che la SEI (interfaccia elettrolitica solida) dell’anodo era “significativamente più spessa“, e con tanto di crepe nelle strutture degli elettrodi NMC532 e grafite.
Una SEI più spessa e più crepe negli elettrodi significano una perdita significativa di capacità per le batterie al litio-ionico.
Anche per analizzare al meglio questo limite, sono state adoperate due delle principali strutture di sincrotrone europee per l’accelerazione di particelle, “BESSY II” e “PETRA III”, per condurre gli esperimenti di ricarica a corrente pulsata. Altro risultato ottenuto è che la ricarica PC promuove la “distribuzione omogenea” degli ioni di litio nella grafite, riducendo lo stress meccanico e le crepe nelle particelle di grafite.
In soldoni, con questo algoritmo, la ricarica PC può raddoppiare la durata di servizio delle batterie al litio-ionico commerciali con un mantenimento dell’80% della capacità.
Per saperne di più sullo studio, suggeriamo la lettura dell’articolo pubblicato su Science Daily:
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, BESSY II: How pulsed charging enhances the service time of batteries, Science Daily (2024).
