Nobel 2019 per le Batterie al Litio

È già passato un anno e come di consueto è tempo di premi Nobel 2019. Il premio Nobel per la Chimica è stato assegnato per l’invenzione delle batterie al Litio.

Un Nobel per le batterie al Litio

Mentre quest’anno il premio per la fisica è stato vinto per la trattazione di argomenti molto distanti dall’esperienza di tutti i giorni, quello per la chimica, assegnato a J. Goodenough, M. S. Wittingham e A. Yoshino ci tocca da molto molto vicino; così vicino infatti che sono sicuro che l’avete addosso o almeno vicino, proprio in questo momento: le batterie al litio.

Sono proprio le batterie al litio che permettono il funzionamento dei nostri smartphones e pc portatili e lo sviluppo delle auto elettriche.

Cosa sono le batterie?

Una batteria non è altro che un piccolo reattore chimico (detto cella voltaica o galvanica) in cui due diverse reazioni spontanee avvengono simultaneamente agli elettrodi, instaurando una corrente elettrica. Di per sè quindi il principio di funzionamento di una batteria è piuttosto semplice; la più famosa è sicuramente la pila di volta, costituita da dischetti metallici separati da dischetti di carta imbevuti di una soluzione elettrolitica.

Batteria voltaica
Batteria voltaica simile a quella costruita da Alessandro Volta nel 1800 conservata al Tempio Voltiano a Como. Photocredit Wikimedia.

L’energia liberata dalle reazioni redox (ossidoriduzioni) che avvengono agli elettrodi (i dischetti metallici) sono la sorgente dell’energia elettrica immagazzinata dalla batteria.

Le reazioni chimiche delle batterie

Le reazioni redox si compongono di due distinte semireazioni che avvengono in contemporanea: una reazione di ossidazione in cui una specie chimica, detta riducente, si ossida perdendo elettroni; ed una reazione di riduzione in cui l’altra specie, l’ossidante, si riduce catturando gli elettroni persi dal riducente. Tutto il processo può quindi essere molto semplicisticamente ridotto ad un semplice scambio di elettroni tra riducente ed ossidante.

Se noi separiamo le due componenti della reazione redox, questa, seppur spontanea, non può avvenire perché le mancherebbe o la sorgente o l’accettore di elettroni. Se noi però colleghiamo le due semireazioni con un filo metallico, permettendo lo scambio di elettroni le due reazioni potranno riprendere e noi potremo utilizzare l’energia liberata come energia elettrica.

Batterie al Litio di un telefonino Nokia
Batterie al Litio di un telefonino Nokia. Photocredit Wikimedia.

Le batterie al Litio funzionano in modo particolare

A differenza delle batterie tradizionali, che si basano sulle reazioni chimiche agli elettrodi, le batterie al litio si basano sul movimento degli ioni litio (Li+) dall’anodo (negativo) al catodo ( positivo), un principio che le rende perfette non solo per essere ricaricate centinaia di volte prima di usurarsi ma anche per essere inserite in compartimenti molto compatti, quale uno smartphone o un ultrabook.

L’opposto di una cella voltaica  è unacella elettrolitica; in essa viene fornita energia (sotto forma di corrente elettrica) per spingere gli elettrodi a compiere la reazione opposta (quella chimicamente svantaggiosa che richiede quindi energia dall’esterno). Il principio della cella elettrolitica viene utilizzato per ricaricare le batterie ricaricabili conservando in forma chimica l’energia che si trova sotto forma di energia elettrica.

Bibliografia

https://www.kva.se/en/pressrum/pressmeddelanden/nobelpriset-i-kemi-2019

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