whatsapp Come ricaricare al meglio le batterie ai polimeri di litio
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What is a man? A miserable little pile of secrets.
Sin da quando Alessandro Volta costruì la sua prima pila, nominata poi in suo onore 'voltaica', le batterie hanno ambiato radicalmente la vita dell'essere umano.
Per la prima volta (giochi di parole annessi) della storia, l'uomo era riuscito ad imbrigliare l'energia di un flusso elettronico, e a dosarla scientemente per compiere lavoro.
Da quella prima, incombrante e rudimentale pila, nel corso di poco più di un secolo si è arrivati a costruire piccolissimi accumulatori estremamente capienti, che hanno permesso la realizzazione di sofisticati dispositivi mobili, un tempo davvero impensabili.
Alessandro Volta, il costruttore della prima pila elettrica della storia
Ora tutti noi siamo abituati a leggere le mail, mandare messaggi, vedere video in HD e giocare col nuovo iPhone, iPad o Galaxy, ma spesso ci dimentichiamo il mezzo miracolo della scienza che permette a dispositivi così piccoli e leggeri di essere adeguatamente alimentati: le batterie sono il cuore energetico del nostro smartphone, tablet, netbook o elettrodomestico portatile che si voglia, e l'affascinante tecnica con cui sono costruite è decisamente interessante.
Questa pagina può esservi d'aiuto a capire che tipo di batteria il vostro dispositivo monta, e come usarla al meglio.
Il principio di funzionamento delle batterie
La prima pila di Alessandro Volta
Una batteria è un dispositivo di stoccaggio energetico, che consente quindi d'immagazzinare energia e rilasciarla gradualmente, usandola per compiere lavoro.
Come Volta intuì empiricamente, gli elettroni, particelle sub-atomiche dotate di carica elettrica negativa, tendono a muoversi quando sono attratti da zone con lacune energetiche, che potremmo chiamare quindi 'positive' (è un termine improprio, visto che la carica elettrica positiva è altra cosa, ma rende comunque bene l'idea).
L'attrazione elettrica è spiegata dalla famosa legge di Coulomb, descritta dall'inventore e scienziato francese Charles Augustin de Coulomb nel '700, ed è alla base dell'elettromagnetismo: in estrema sintesi, particelle dotate di carica elettrica di segno opposto si attraggono, mentre tendono invece a respingersi se il segno è eguale.
Utilizzando quindi questa legge fondamentale per scopi pratici, è possibile obbligare gli elettroni percorrere un dato circuito, creando zone a capacità elettrica differenti, e costruendogli quindi una specie di 'percorso'.
Per costruire la sua pila, Volta impilò differenti dischi di zinco intervallati a dischi di rame, e tra di essi infilò un separatore (elettrolita) di feltro, imbevuto di acqua ed acido solforico.
Con questo sistema, riuscì quindi a creare una differenza di potenziale (tensione) tra i due capi della pila, obbligando quindi gli elettroni a muoversi seguendo il percorso con un certo verso ed una certa velocità.
L'energia chimica contenuta nei dischi poteva così essere usata per compiere lavoro, sotto forma di flusso elettronico.
Alessandro Volta fu quindi il primo essere umano a creare un generatore elettrico di tipo statico, e le batterie moderne che utilizziamo tutt'ora sono essenzialmente copie migliorate, ma concettualmente eguali, della sua prima pila.
Pila o batteria?
Innanzitutto, è bene usare i termini giusti: si chiama pila (o batteria primaria) una batteria non ricaricabile, che una volta esaurita deve essere smaltita e sostituita.
Si chiama accumulatore (o batteria secondaria) una batteria ricaricabile, ovverosia che può essere rifornita di energia elettrica una volta scarica, per essere poi utilizzata nuovamente (si chiama ciclo di carica).
In una pila, le celle che la compongono si ossidano irreversibilmente al passaggio degli elettroni, mentre in un accumulatore tale ossidazione è reversibile.
Tipi differenti di batterie
Una batteria ai polimeri di litio (Li-poly)
Non tutte la batterie sono uguali, e questo è bene metterlo in chiaro subito.
Ci sono svariati tipi di batterie sinora prodotte, e tutte hanno caratteristiche, usi ed indicazioni differenti.
La prima cosa da fare, quindi, è identificare l'esatto tipo della batteria che monta il vostro dispositivo.
In elettronica, essenzialmente si utilizzano ormai solo tre tipi di batterie:
- Batterie al nichel-metallo idruro (Ni-MH);
- Batterie agli ioni di litio (Li-Ion);
- Batterie ai polimeri di litio (Li-poly)
Di queste, le batterie Ni-MH stanno rapidamente cadendo in disuso, e sono state ormai totalmente abbandonate nel mercato degli smartphone, tablet, computer et similia.
Rimangono ancora usate in dispositivi molto vecchi (fino alla fine degli anni '90), oppure per elettrodomestici con motore lineare.
Derivano dalle vecchie batterie al Nichel-Cadmio (Ni-Cd), levate dal mercato in quanto estremamente tossiche.
Soffrono di un grave difetto intrinseco nella loro costruzione, chiamato 'effetto memoria', che obbliga l'utente a scaricare completamente la batteria prima di una nuova ricarica; al contrario delle Ni-Cd, comunque, nelle Ni-MH l'effetto è reversibile, e può essere eliminato provvedendo ad una scarica e ricarica completa.
Le batterie agli ioni di litio (Li-Ion) sono state introdotte sul mercato verso la fine degli anni '90, dapprima utilizzate nel modellismo per l'eccezionale densità delle celle, capaci di accumulare molta più energia in uno spazio estremamente contenuto rispetto alle tradizionali Ni-MH, e anche per l'assenza dell'effetto memoria.
Evoluzione delle Li-Ion, le batterie ai polimeri di litio (Li-poly) sfruttano lo stesso principio costruttivo degli ioni di litio, ma grazie all'elettrolita in gel solidificato e le celle polimeriche riescono ad essere ancora più dense (circa il 20% in più delle Li-Ion), permettendo quindi di immagazzinare ancora più energia.
Progettate inizialmente dal comparto bellico della vecchia Unione Sovietica, le batterie ai polimeri di litio sono state tenute sotto segreto militare fino alla caduta del muro di Berlino, per poi venire gradualmente introdotte nel mercato commerciale.
Allo stato attuale delle cose, qualsiasi smartphone, cellulare, tablet o computer portatile prodotto dall'inizio degli anni 2000 in poi, monta un accumulatore Li-Ion o Li-poly.
Tra i tanti (solo per cintarne alcuni): Apple iPhone (qualsiasi modello), Apple iPad (qualsiasi modello), serie Apple MacBook Pro, serie Samsung Galaxy, serie Microsoft Lumia.
Le batterie durano in eterno?
No, come molte altre cose della vita.
Gli accumulatori sono progettati per durare e dare le massime prestazioni per un numero finito di cicli di carica/scarica, che variano a seconda della loro tecnica costruttiva e della loro tipologia.
A prescindere dal tipo di accumulatore, esso comunque si degraderà col tempo, più o meno lentamente, proporzionalmente al numero di cicli effettuati.
Il degrado è causato da vari fattori, ma principalmente è colpa dell'ossidazione delle celle, che non riescono mai a de-ossidarsi del tutto dopo aver eseguito un ciclo completo.
Tali piccole ossidazioni, col passare del tempo e delle cariche/scariche, si accumulano e portano ad un inevitabile esaurimento la batteria.
La durata totale dei cicli di carica/scarica che l'accumulatore può sopportare prima di essere smaltito varia da tipologia a tipologia, ma le moderne batterie ai polimeri di litio (Li-poly) riescono ad erogare ottime prestazioni fino a 800-1000 cicli totali.
Quando circa i 2/3 delle celle risultano ossidati, e la capacità totale dell'accumulatore quindi risulta drasticamente ridotta, l'utente comincia a notare i primi sintomi dell'esaurimento, che rendono difficoltoso l'utilizzo del dispositivo.
I sintomi dell'esaurimento della batteria
I sintomi dell'esaurimento di un accumulatore, che preannunciano l'imminente dipartita dello stesso, possono essere molteplici, e spesso si possono confondere con i sintomi di un danneggiamento da sovra o sotto tensione.
Per aiutarvi a capire se il vostro smartphone, tablet o computer ha bisogno di una visitina in assistenza, può essere utile dare un'occhiata a questa breve lista di sintomi comuni di una batteria prossima allo smaltimento:
- Il dispositivo si spegne o si riavvia improvvisamente, anche con carica residua superiore al 50%;
- Il dispositivo scalda in maniera anomala, soprattutto quando in ricarica;
- Il dispositivo si ricarica in maniera estremamente veloce, ma altrettanto velocemente si scarica;
- Il dispositivo non si avvia più se non connesso perennemente all'alimentazione esterna
Se sperimentate uno o più di questi sintomi, è molto probabile che la vostra batteria sia ormai esausta, se non totalmente inservibile.
Il suggerimento è quindi di recarvi nel centro assistenza più idioneo per la marca ed il modello del vostro dispositivo e chiedere un controllo dello stato di salute dell'accumulatore.
Il pericolo danneggiamenti delle batterie Li-poly
Benché la tecnologia ai polimeri di litio sia ormai insostituibile e presenti innumerevoli vantaggi, ha anche qualche svantaggio, purtroppo non risolvibile ed intrinsecamente legato alla tipologia costruttiva.
Il problema maggiore risiede proprio nel pregio più grande degli accumulatori Li-poly, ovverosia la grande densità delle celle polimeriche.
Senza scendere troppo nei particolari tecnici, è sufficiente sapere che in pochissimo spazio le celle di una Li-poly possono immagazzinare tantissimi elettroni: quest'altissima densità fa si che le celle si comportino quasi come fossero un contenitore in cui è stato creato il vuoto pneumatico.
Esattamente come un contenitore sottovuoto, che è pronto ad espandersi violentemente se aperto di colpo, così le celle iper-sottili ma iper-cariche d'energia delle batterie ai polimeri di litio diventano instabili se danneggiate.
Datosi che la tensione elettrica totale di una qualsiasi batteria è la somma delle tensioni delle singole celle, anche un danneggiamento localizzato di una cella genera un effetto domino che modifica la tensione di tutto l'accumulatore.
Solitamente tale danneggiamento è causato da una sotto o sovra-tensione in fase di carica (più raro, ma possibile, è in fase di scarica).
Un problema del genere porta alla conseguenza immediata di una reazione chimica dell'elettrolita della batteria, che genera un vistoso rigonfiamento, segno di un accumulo imponente di energia.
Tale rigonfiamenti sono molto pericolosi: la batteria diventa instabile, e può danneggiare le parti elettroniche del dispositivo che le sono a contatto diretto (nel caso degli smartphone, quasi sempre il display).
Una batteria Li-Poly può correre il rischio d'esplodere o d'incendiarsi: i casi in cui il telefono con una batteria danneggiata è esploso in faccia allo sventurato utente sono documentati e regolarmente riportati, quindi è un'eventualità da tenere seriamente in considerazione.
Sebbene le batterie ai polimeri di litio siano controllate sempre da svariati circuiti integrati che impediscono di farer andare in sovra o sotto-tensione, purtroppo a volte ciò non succede, e l'incidente accade.
Non bisogna quindi perdere molto tempo se si riscontra una deformazione anomala del nostro smartphone, tablet o computer con dentro una batteria Li-poly: a volte è segno evidente di un danneggiamento, e una visita all'assistenza è sempre consigliata.
Per un buon utilizzo della vostra batteria
Sebbene le moderne batterie agli ioni di litio o ai polimeri di litio necessitino di poca cura da parte dell'utente, visto che quasi tutto il loro lavoro è gestito da appositi chip di controllo, ci sono delle piccole attenzioni che si dovrebbe mettere in atto, allo scopo da preservare quanto più possibile la capacità originaria dell'accumulatore.
Capacità che, è bene ribadirlo, è impossibile mantenere intatta nel tempo: gli accumulatori ai polimeri di litio cominciano a degradare immediatamente usciti dalla fabbrica, e si stima che ogni anno perdano spontaneamente circa il 20% della capacità originaria.
Detto ciò, eccovi una serie di consigli utili per rallentare il naturale degrado:
1. Ricaricate spesso la vostra batteria
Le batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio sono state progettate per essere ricaricate spesso e volentieri, a prescindere dalla loro effettiva carica residua.
Non soffrono dell'effetto memoria, tristemente famoso nelle batterie Ni-Cd e Ni-MH, e quindi non debbono essere scaricate del tutto prima di una nuova carica.
Anzi, per la loro stessa tecnologia costruttiva, le Li-poly diventano altamente instabili se la tensione totale scende a zero; è per questo che i circuiti integrati di controllo, sia nella batteria che nel dispositivo che la incorpora, fanno spegnere lo stesso molto prima che la carica totale scenda effettivamente a zero: è un sistema di protezione necessario, datosi che, per i motivi esposti poco in alto, una Li-poly può anche esplodere violentemente per una sotto-tensione.
Ciò non succede quasi mai, proprio perché i chip addetti al monitoraggio della tensione fanno il loro dovere, ma è necessario che anche voi facciate in vostro: ricaricate il vostro smartphone, tablet o computer quando e come volete, senza preoccuparvi troppo della percentuale di carica.
2. Usate cavi e caricabatterie idonei per la vostra batteria
Prestate sempre molta attenzione alle specifiche elettriche del vostro dispositivo, ed in particolar modo al caricabatterie che ricarica il suo accumulatore.
Usare un caricabatterie non idoneo oppure danneggiato (od entrambe le cose) mettere in serio rischio l'incolumità del vostro smartphone o tablet, così come mette in pericolo la vostra stessa persona.
Su ogni caricabatterie sono riportati diversi parametri elettrici, che dovete necessariamente conoscere: la tensione con cui il caricatore opera (sia input che output) e l'intensità assorbita.
La tensione - chiamata anche voltaggio - è misurata in volt (simbolo V nel Sistema Internazionale), ed è la grandezza che misura la differenza di potenziale: in maniera molto spicciola, ci dice quanto 'vanno veloci' gli elettroni in un circuito.
In Italia, come in buona parte dell'Europa, la tensione degli impianti domestici è tenuta a 230V, mentre negli USA è 110V: per funzionare senza problemi, un caricabatterie deve essere compatibile con la tensione del circuito a cui si connette, per cui è sempre obbligatorio controllare, sotto i parametri di input, la tensione nominale.
Se avete acquistato il vostro smartphone, tablet o computer in tempi recenti, è abbastanza probabile che il caricabatterie che vi hanno dato in dotazione sia multi-tensione, e cioè capace di operare entro un range variabile di volt.
Leggendo quindi qualcosa come:
Input: 100-240V
Si è sicuri che
il caricabatterie può operare in pressoché ogni parte del mondo.
La misura della corrente è invece dichiarata in ampere (simbolo A nel Sistema Internazionale) e, come appunto si può intuire, è l'intensità del flusso elettronico: in poche parole, ci dice quanti elettroni stanno passando in un determinato punto di un circuito in un determinato momento.
Anche in questo caso, il caricabatterie deve fornire un'intensità in uscita consona alla batteria che deve alimentare; mentre non è un problema se il caricabatterie ha un output superiore a quello necessitato dal dispositivo in ricarica, è un grosso problema quando il caricatore non riesce a fornire un'intensità adeguata (sotto-amperaggio): in questi casi, si possono causare gravi danni sia al caricabatterie che al dispositivo, ed è quindi una situazione da evitare assolutamente.
In Italia l'intensità della corrente nei circuiti domestici varia dagli 11A (usata per l'illuminazione) ai 16A (per gli elettrodomestici), mentre i caricabatterie degli smartphone, tablet e computer ne richiedono molta meno, quindi la cosa non causa problemi.
Le specifiche possono variare da produttore e produttore e da modello a modello, ma solitamente dispositivi cellulari e smartphone richiedono almeno 1A in output, mentre i tablet richiedono almeno 1,5A (in alcuni casi, anche 2A).
I dispositivi Apple iPhone, ad esempio, richiedono 1A, mentre gli Apple iPad 1,5A, ed i loro caricabatterie prodotti recentemente sono assolutamente eguali: forniscono entrambi un massimo di 2A, quindi possono essere interscambiati senza problemi.
Discorso cavi di connessione: usateli sempre se in ottimo stato e non danneggiati.
Sia che siano cavi con connessione micro-USB oppure Lightning, assicuratevi sempre che non siano ossidati, e che non vi siano parti elettriche scoperte; ciò è essenziale per evitare corto-circuiti che, in gravi casi, possono non solo portare alla rottura del vostro dispositivo, ma anche causarvi lesioni personali.
Controllare periodicamente i cavi, quindi, è essenziale per garantire sempre la sicurezza delle ricariche.
Detto ciò, è anche bene ricordare che i cavi elettrici ed elettronici non vanno mai piegati, non vanno mai arrotolati su loro stessi, non vanno mai messi a contatto con liquidi conduttivi od usati in ambienti troppo umidi; altresì, è necessario che i pin dei connettori siano sempre ben puliti, non usurati e perfettamente conduttivi.
Per una buona manutenzione, è sufficiente pulire i connettori periodicamente, soffiando delicatamente aria con uno spruzzino e, nel caso di ossidazioni, pulire con poco alcool isopropilico (chiamato anche isopropanolo o 'alcool vero').
Quando il cavo non è più conduttivo, rotto, rovinato oppure sfilacciato (anche in minima parte), deve essere prontamente sostituito.
3. Non lasciate scarica la batteria per molto tempo
Le batterie agli ioni di litio ed ai polimeri di litio sono progettate e costruite per essere usate con continuità: il loro degrado naturale, purtroppo non eliminabile, si acutizza e peggiora se rimangono per lunghi periodi in giacenza, come ad esempio quando non si utilizza lo smartphone od il tablet per molto tempo (magari dopo una vacanza).
Lungo tempo senza tensione, causa alle batterie Li-poly dei danni spesso irreversibili, che comportano la necessaria sostituzione dell'accumulatore.
Risulta falsa la - purtroppo ancora - diffusa credenza che sia bene scollegare la batteria (nei modelli che rendono ciò possibile) quando non s'intende utilizzare il telefono od il tablet per molto tempo: aprire il circuito non migliora la situazione, e la batteria si degraderà comunque.
Molte volte, gli utenti che hanno lasciato il dispositivo a riposo per molto tempo non riescono più a caricarlo, e pensano che si sia rotto: in realtà è quasi sempre la batteria che s'è irrimediabilmente danneggiata, e che va quindi smaltita e cambiata.
Quando potete, quindi, anche se non avete intenzione di utilizzare con frequenza il vostro vecchio telefono o tablet, sarebbe sempre preferibile caricarlo con assiduità.
4. Sostituite la batteria quando è il momento
Consiglio che potrebbe sembrare ovvio e scontato, ma che molto spesso viene sistematicamente ignorato.
La batteria del vostro smartphone, tablet o computer non è eterna, ma come detto in precedenza ha una durata limitata di cicli di carica/scarica: dopo che oltre i 2/3 delle celle si saranno irreversibilmente ossidate, dovrà essere obbligatoriamente sostituita.
Tenersi una batteria esausta per molto tempo, oltre agli evidenti ed ovvi problemi di usabilità che genera, può causare anche molti altri danni al vostro dispositivo, soprattutto da sotto-tensione.
Questo è un male per molti motivi, soprattutto per il blocco d'alimentazione del vostro smartphone, tablet o computer, e per i suoi delicatissimi micro-componenti, estremamente sensibili agli sbalzi improvvisi di tensione.
Se la vostra batteria ai polimeri di litio è esaurita, corre un rischio maggiore di danneggiarsi e gonfiarsi, mettendo così in pericolo sia il dispositivo che la vostra salute: una batteria gonfia è instabile, ed il rischio di foratur, esplosioni o incendi aumenta esponenzialmente.
Quindi, prima di arrivare ad un punto di non ritorno, è meglio interventire per tempo: sostituire una batteria generalmente costa una cifra contenuta, e prolunga di molto la vita del vostro dispositivo.
Luoghi comuni da sfatare sulle batterie
Purtroppo, sulle batterie ricaricabili girano da anni una serie impressionante di luoghi comuni, talmente radicati nelle credenze popolari da essere divenuti pressoché impossibili da sradicare.
Spesso e volentieri, tali luoghi comuni sono diffusi anche tra gli addetti ai lavori, rendendo quindi estremamente difficile riportare le informazioni ad una reale entità di conoscenza.
Qui di seguito vengono riportate le dicerie più disparate: alcune ormai sono in essere tra la gente da decenni.
"La prima carica di una nuova batteria deve durare tutta la notte"
Falso, è totalmente inutile.
Le moderne batterie agli ioni di litio ed ai polimeri di litio sono controllate da svariati circuiti integrati, che interrompono l'assorbimento elettrico quando la carica totale delle celle è al 100%.
Il luogo comune deriva da...
... Quando entrarono in commercio le prime batterie Ni-Cd: lentissime da caricare (una carica poteva durare anche 12 ore e passa) perché l'intensità della corrente in entrata veniva tenuta sempre costante e molto bassa, per impedire di bruciare le celle già cariche.
Fortunatamente, questo ora è solo un vecchio ricordo: i moderni caricabatterie delle nuove Li-Ion e Li-poly sono 'smart', e cioè in grado di modificare l'intensità elettrica a seconda della carica totale della batteria.
"Prima di una nuova carica, è bene far scaricare completamente la batteria"
Falso, è anzi dannoso.
Le batterie agli ioni e ai polimeri di litio diventano instabili quando la tensione totale scende a zero, e quindi appositi controller aprono il circuito (facendo spegnere il dispositivo) ben prima che ciò accada.
Il luogo comune deriva da...
... Dall'effetto memoria delle batterie Ni-Cd e Ni-MH, che ha afflitto per anni ed anni il mercato, prima dell'avvento delle batterie Li-Ion e Li-poly.
Tale effetto, che impediva la carica completa delle batterie se esse prima non si scaricavano completamente, è del tutto assente nelle moderne batterie dei nostri cellulari e tablet, che pertanto possono essere ricaricati anche senza scarica completa.
"Le batterie si possono rigenerare"
Falso.
Quando un accumulatore - di qualsiasi tipo - è esausto, deve essere smaltito.
Non è possibile rigenerare una batteria esaurita, in nessun modo.
Il luogo comune deriva da...
... Dal fatto che le pile alcaline, che teoricamente non sarebbero ricaricabili, possono essere invece ricaricate un numero limitato di volte (circa una decina).
Per farlo però, occorrono caricabatterie specifici, datosi che c'è il grandissimo rischio di surriscaldamenti.
Quando s'è cominciato a sapere questo fatto, all'incirca all'inizio degli anni '90, la gente ha cominciato a credere che fosse possibile 'rigenerare' le batterie: ciò è impossibile.
"Mettendo nel freezer una batteria, essa si ricarica"
Falso: per la ricarica di un accumulatore serve un flusso elettrico ad una determinata tensione ed intensità.
Ciò è fornito da un circuito esterno, solitamente quello domestico, ed una serie di circuiti integrati di controllo, che possono essere interni all'accumulatore stesso oppure integrati in altri dispositivi (ad esempio, il caricabatterie).
Il luogo comune deriva da...
...Dal fatto che le basse temperature migliorano la conduttanza elettrica, e rallentano il naturale degrado degli accumulatori.
Ma da sé, il freddo non ricarica un bel nulla.
Anzi, le batterie ai polimeri di litio soffrono molto le basse temperature, ed il loro rendimento peggiora se la temperatura scende sotto i 10° C.
Ecco perché specie d'inverno le batterie esauste tendono ad esaurire completamente i loro cicli utili, e vanno quindi sostituite.
