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WhatsApp? Siamo lì: 333.29.22.308La tecnologia Li-poly
- Gilbert Newton Lewis ed il litio ionizzato
- Nella Russia sovietica, sono le batterie che caricano te
- Come funziona una batteria agli ioni di litio negli iPhone
- Vantaggi e svantaggi di una batteria ai polimeri di litio
- Le batterie ai polimeri di litio soffrono dell'effetto memoria?
- Come sono controllate le batterie ai polimeri di litio?
- Come sono fatte le celle polimeriche delle batterie ai polimeri di litio?
- Le batterie ai polimeri di litio degradano?
- I sintomi di una batteria Li-poly esausta
- A cosa è dovuto il rigonfiamento delle batterie Li-poly?
- Ci sono consigli per prolungare la vita di una batteria Li-poly dell'iPhone?
- Le batterie ai polimeri di litio possono essere riciclate?
- Posso prenotare presso di voi il cambio batteria del mio iPhone?
- La mia batteria dovrebbe essere ancora in garanzia, mi potete fornire assistenza?
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Quest'articolo è stato aggiornato il giorno: mercoledì 25 ottobre, 2023
Il 3 aprile del 1973, Martin Cooper, impiegato della Motorola, effettuò la prima chiamata cellulare della storia.
Per farla, usò un incredibile concentrato di tecnologia, frutto di oltre 10 anni di ricerca e sperimentazione: il Motorola Dyna-TAC, il primo telefono cellulare immesso nel mercato.
Pesava quasi un chilo e mezzo, la sua batteria durava al massimo una mezz'ora e, per ricaricarsi completamente, impiegava oltre 10 ore.
Il buon Martin di certo non poteva prevedere che, ad oltre 40 anni da quello storico giorno, sarebbero state messe in commercio batterie spesse solamente pochi millimetri, capaci di durare interi giorni in stand-by e dalla carica rapida di neppure un'ora.
Sono le batterie ai polimeri di litio, che tutti noi usiamo quotidinanamente in un'infinità di dispostivi elettrici ed elettronici.
Piccole, leggere, potenti e performanti, senza di esse la rivoluzione cellulare per le masse, ed anche tutta la restante elettronica contemporanea, non si sarebbe di certo potuta organizzare.Prenota ora il tuo cambio batteria iPhone!
Per arrivare a loro, tante persone, aziende e centri di ricerca, in molti anni di sviluppo e sperimentazione, hanno lavorato duramente.
Il frutto delle loro ricerche oggi risiede nelle nostre mani, nei nostri iPhone.
Un percorso affascinante, per una tecnologia ormai insostituibile: se non siamo obbligati a caricare per tutta la notte i nostri telefoni, è grazie alle batterie Li-poly. E alla gente che le ha create.
Se tutta la tecnologia dietro t'interessa e vuoi saperne di più, continua pure a leggere.
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Anche attaccando il connettore di ricarica al relativo cavo collegato al caricabatterie, il telefono non da segni di vita?
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Forse, è solamente la batteria che ha raggiunto la sua fine, ed è totalmente esausta!
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Gilbert Newton Lewis ed il litio ionizzato
Il grande Gilbert Newton Lewis, ritratto in vecchiaia.
Chimico tra i più eccelsi della storia, per primo notò come atomi di litio opportunamente ionizzati potessero conservare energia elettrica per un certo periodo di tempo
Nel primo decennio del 1900, colui che sarebbe passato alla storia come uno dei più grandi chimici di sempre, l'americano Gilbert Newton Lewis, tra i suoi alambicchi e le sue provette di laboratorio, fece una scoperta curiosa: alcuni composti del litio, elettricamente carichi (ionizzati) riuscivano a non disperdere immediatamente l'energia di una corrente elettrica che li attraversava, bensì riuscivano a conservarla per un periodo di tempo indefinito. Si comportavano quindi come dei veri e propri condensatori, in pratica.
La scoperta, decisamente particolare, specie in un periodo storico in cui l'elettricità cominciava ad essere usata industrialmente (ma con ancora poche comprensioni in materia), aveva un fondo di interesse.
Interesse comunque smorzato da una tecnologia ancora acerba.
Il principio di base, comunque, era stato svelato: gli atomi di litio, opportunamente trattati e ionizzati, possono essere usati per creare una differenza di potenziale elettrico, e quindi generare tensione.
Ci vorranno ancora una sessantina d'anni di ricerche, guerre e sperimentazioni, per mettere in pratica tale effetto chimico.
Nella Russia sovietica, sono le batterie che caricano te
L'impressionante apparato militare sovietico fu il primo a sviluppare ed implementare la tecnologia ai polimeri di litio
Sul finire degli anni '70 del 1900, il mondo era diviso quasi esattamente in due fazioni, contrapposte e dal potere bellico pressoché in bilanciamento: blocco occidentale, con i Paesi dell'alleanza NATO (capeggiati dagli Stati Uniti d'America) e blocco sovietico, perennemente sotto repressione e totalmente chiuso a riccio, guidato con pugno di ferro dall'Unione Sovietica.
Proprio oltre la famigerata 'cortina di ferro', l'industria militare sovietica studiava ogni possibile modo per conquistare un 'vantaggio tattico' sugli odiati americani; tra le tante invenzioni e scoperte, mai del tutto filtrate all'esterno per via dell'esasperante e perenne controllo
ossessivo che la feroce dittatura esercitava su qualsiasi cosa, possiamo metterci anche lo sviluppo della tecnologia agli ioni di litio.
I ricercatori sovietici sono stati i primi a costruire batterie (dapprima non ricaricabili) sfruttando gli ioni di litio per le celle voltaiche, e sono stati anche i primi ad integrare gli ioni in delle lamine polimeriche, rendendo quindi l'accumulatore estremamente compatto, oltreché trasportabile.
Si presume che i primi prototipi ricaricabili e funzionanti degli accumulatori ai polimeri di litio risalgano ai primi anni '80, ma complice l'estrema difficoltà a reperire informazioni ufficiali del tempo (soprattutto, per un progetto sotto inespugnabile segreto militare) la datazione non è certa.
Si sa comunque che, durante la sciagurata e rovinosa invasione dell'Afganistan, la macchina da guerra sovietica poteva già alimentare i propri sofisticati sistemi di tracciamento agli infrarossi dei lanciarazzi con gli accumulatori Li-poly.
E forse proprio il recupero di uno di quei lanciarazzi da parte della CIA americana ha permesso agli statunitensi di mettere le mani sulla tecnologia ai polimeri di litio, e riprodurla con un delicato lavoro di ingegneria inversa.
Come stanno effettivamente le cose, non si sa, ma si sa che, comunque, anche il complesso militare americano, sul finire degli anni '80, aveva prototipi funzionanti di batterie Li-poly.
Con la disgregazione dell'Unione Sovietica ed il disintegrarsi della cortina di ferro,
l'attraente (per gli investitori) tecnologia ai polimeri di litio fu sdoganata nel mercato commerciale, rendendosi subito utilissima in pressoché ogni settore dell'elettronica.
Il primo utilizzo militare delle batterie ai polimeri di litio fu quello di alimentare i primi, sofisticatissimi, lanciarazzi agli infrarossi sviluppati dall'industria militare sovietica.
Tale tecnologia, che permette di agganciare automaticamente una fonte di calore (come ad esempio, il motore di un aereo o di un elicottero da guerra), fu usata massicciamente nel corso della sciagurata guerra in Afganistan, durante tutti gli anni '80 del 1900.
Finita la guerra fredda, il primo uso assoluto commerciale degli accomulatori Li-poly fu quello per il settore dell'aeromodellismo, dove in breve tempo le nuove batterie seppero imporsi, anche a fronte di un costo elevato, per l'assenza di effetto memoria e per la grande autonomia che potevano fornire agli aeromodelli elettrici.
Come funziona una batteria agli ioni di litio negli iPhone
Le batterie ai polimeri di litio, per la loro complessa tecnologia, non possono essere prodotte in misure generiche, per ogni dispositivo.
Ogni batteria è specificatamente progettata per un dato modello
Il principio di funzionamento si basa su un presupposto fisico: atomi di litio ionizzati, se impilati in strutture particolari e con la giusta differenza di potenziale, riescono a conservare gli elettroni formando delle lacune, le quali immagazzinando energia.
Tale energia può essere poi erogata per alimentare un dato circuito elettrico o elettronico.
Datosi che il litio può legarsi chimicamente con pressoché qualsiasi cosa, è possibile quindi costruire celle voltaiche drogando una data lega con gli atomi di litio, e facendo quindi diventire la struttura un anodo o catodo.
Drogando opportunamente sottili lamine polimeriche, è possibile costruire celle per una batteria con densità elevata, anche fino al 70% più dense (a parità di spazio) di una comune batteria al Ni-MH.
Siccome la capacità totale di una generica batteria è data dalla somma della capacità delle sue singole celle, ne consegue che più celle sottili si riescono ad impilare, e più capacità (in mAh, ovvero milliampere per ora) ha la batteria.
Quindi, una batteria ai polimeri di litio ha celle sottilissime, e la densità totale è molto elevata.
Le celle polimeriche sono immerse in uno speciale gel elettrolita, che poi viene solidificato; questo permette alla batteria di avere una struttura auto-portante, e quindi di non necessitare di nessun involucro metallico esterno, come invece avviene per altri tipi di accumulatore.
Il non aver bisogno di un contenitore metallico e la duttilità ed elasticità dei polimeri permette a questo tipo di batterie di essere sagomate e dimensionate secondo la necessità progettuale; e questo è estremamente importante in elettronica, dove gli spazi interni dei dispositivi portatili devono sempre essere adattati alle dimensioni delle batterie che li andranno necessariamente ad alimentare.
Essendo praticamente fatte di plastica ionizzata e gel solido, le batterie ai polimeri di litio sono leggerissime: una proprietà indispensabile in molti settori, compresa la telefonia, dove peso e dimensioni sono da sempre considerati parametri critici dei cellulari.
Una curiosità , che non tutti sanno, è che le batterie ai polimeri di litio attuali sono tecnicamente degli ibridi: idealmente, infatti, anche l'elettrolita dovrebbe essere in lamina polimerica, per avere così un accumulatore realmente a blocco solido.
Al momento, ciò non è tecnicamente possibile da realizzare, almeno per gli usi pratici quotidiani: prototipi di batterie totalmente polimeriche
funzionanti già ci sono, ma lavorano a temperature d'esercizio troppo alte, incompatibili con telefoni e computer.
Molto probabilmente il problema sarà risolto in futuro, come fu risolto il problema dell'alta resistenza interna delle lamine polimeriche, che afflisse i primi prototipi delle attuali Li-poly.
Vantaggi e svantaggi di una batteria ai polimeri di litio
Un prototipo della NASA di una batteria Li-poly, risalente ai primi anni '90.
Un serio problema che gli ingegneri dovettero affrontare fu quello dell'alta resistenza elettrica interna delle celle, poi risolto modificando l'impasto ionizzato dei polimeri che le formano
Oltre a quelli poco sopra elencati, ovvero peso contenuto, altissima densità di accumulo energetico e duttilità in fase di progettazione, una batteria Li-poly ha anche tanti altri vantaggi, che ne hanno reso l'adozione pressoché obbligata in molti settori dell'elettronica.
Tra i tanti,
l'assoluta assenza del nefasto e famigerato 'effetto memoria', che tanto invece affligge le batterie al Ni-Cd e Ni-MH.
Tale effetto fisico, inevitabile nella tecnologia costruttiva
Ni-Cd e Ni-MH, si manifesta nella brutta esperienza di trovare la batteria sempre caricata non completamente, se prima della ricarica non si è provveduto ad una scarica totale.
In pratica, sembra come se la batteria 'si ricordi' il punto di carica che aveva quando è stata ricaricata, e mantenesse tale ricordo, indipendentemente dalle nuove cariche.
Questo problema ha creato non pochi disagi in passato, unito anche al fatto che, all'epoca, non erano disponibili caricabatterie cosidetti 'intelligenti', ovvero con chip di ricarica dedicato, in grado di adeguare tensione ed intensità di corrente all'effettivo stato di carica delle celle della batteria.
Ciò comportava cariche lunghissime, di oltre 10 ore, anche per accumulatori di modesta capacità .
Le batterie ai polimeri di litio soffrono dell'effetto memoria?
Le batterie ai polimeri di litio, fortunatamente, non soffrono di nessun effetto memoria, e possono essere ricaricate a qualsiasi percentuale, in un numero di volte indefinito.
Come sono controllate le batterie ai polimeri di litio?
Tutte le Li-poly sono controllate, sia in carica che in scarica, da svariati chip di controllo specifici e dedicati (sia interni alla batteria che dentro al dispositivo che essa deve alimentare), che mantengono la giusta tensione d'esercizio, costante, mentre adattano l'intensità di corrente a seconda della percentuale di carica delle celle della batteria.
Ciò vuol dire che una batteria quasi completamente scarica assorbirà più ampere all'inizio della carica, per poi gradualmente scendere mano a mano che le celle si ricaricheranno.
Al 100% di carica, i chip di controllo smettono di far assorbire alla batteria intensità elettrica, concludendo quindi la carica.
Ecco perché la carica della batteria dell'iPhone sembra sempre più veloce all'inizio, quando è rimasta veramente poca autonomia energetica, per poi progressivamente rallentare dopo che la batteria si è riempita per il 60-70%.
Tutto ciò è normale, ed è segno che i circuiti di controllo della carica fanno il loro dovere, esentando da tenere in carica la batteria lentamente per ore ed ore, come in passato con i vecchi accumulatori.
Tutti questi vantaggi, però, comportano qualche svantaggio.
In primis, l'impossibilità di costruire batterie ai polimeri di litio 'standard' (come le A, AAA, C, D, ecc ecc.), buone per tutti gli usi in qualsiasi dispositivo: come visto sopra, una batteria Li-poly vive in totale simbiosi con il dispositivo che deve alimentare, ed è specifica solo per esso.
Ogni dispositivo, quindi, ha le sue batterie compatibili, con i suoi particolari chip di controllo; e, di rimando, ogni batteria ha un suo modello di dispositivo compatibile. Quello e solo quello.
Questo non facilita certo la produzione generica, ma è un problema comunque relativo, in quanto le batterie Li-poly sono solitamente progettate esclusivamente proprio per risolvere i problemi energetici di un dispositivo specifico.
Non esistono in commercio batterie 'stilo' (AA) o 'mini stilo' (AAA) con tecnologia ai polimeri di litio, per intenderci.
Un altro svantaggio delle Li-poly è la loro costante necessità di mantenere una tensione quanto più regolare, anche se non utilizzate.
Come sono fatte le celle polimeriche delle batterie ai polimeri di litio?
Le celle polimeriche di una Li-poly possono essere viste come delle sottilissime lamine in cui è stata immessa una grande quantità d'energia, compressata in pochissimo spazio.
L'equilibrio elettrico di tali celle quindi, è delicato: un po' come in un contenitore in cui è stato fatto il vuoto pneumatico, che scoppia violentemente se di colpo lacerato.
La tensione elettrica può essere vista quindi, nello specifico di una batteria Li-poly, come la forza del vuoto: manitene salde ed unite le celle, cariche di energia.
Se tale forza compattatrice viene meno, la batteria diventa instabile. E può anche esplodere. Sono casi fortunatamente rari, ma non impossibili.
Ecco perché le batterie ai polimeri di litio
non possono mai andare a tensione zero: il controller di sicurezza spegne l'iPhone molto prima che la batteria sia completamente esausta, preservando la sua integrità (ed anche quella dell'utilizzatore).
Le batterie ai polimeri di litio degradano?
Tra gli svantaggi delle batterie Li-poly c'è l'auto-scarica: queste batterie perdono di carica spontaneamente, anche se non utilizzate.
Assieme all'auto-scarica, l'altro svantaggio è un progressivo degrado della qualità dell'accumulatore nel tempo, sia che sia utilizzato, sia che rimanga inutilizzato.
Tutte le batterie ricaricabili degradano in relazione al loro utilizzo, ma le batterie ai polimeri di litio degradano spontaneamente, anno dopo anno, anche se immagazzinate e non usate.
Anzi: per via del problema della tensione poc'anzi esposto, degradano prima se non utilizzate.
Si stima che una generica Li-poly perda circa il 20% della sua capacità originaria ogni anno, indipendentemente dall'utilizzo che ne viene fatto, ed indipendentemente dai suoi cicli di carica totali.
Questo degrado peggiora ulteriormente all'aumentare della temperatura di stoccaggio della batteria: alte temperature accelerano il processo.
Per questi motivi, tutti i fornitori e rivenditori di batterie ai polimeri di litio tendono ad acquistare i ricambi in quantità strettamente necessaria, in quanto periodi di lunga giacenza danneggiano le forniture.
Il nostro laboratorio, grazie ad una costante politica 'just in time', ha sempre batterie per iPhone in breve giacenza, per assicurare la massima qualità conservativa possibile.
I sintomi di una batteria Li-poly esausta
Tutte le batterie ai polimeri di litio, una volta esauriti i cicli totali di carica/scarica per cui sono state progettate (la media è di circa 800 cicli) cominciano a dimostrare i sintomi dell'usura.
Questo vale in generale per ogni accumulatore Li-poly, ed ovviamente vale dunque anche per la batteria installata nei nostri iPhone.
Qui a seguire c'è una piccola lista dei sintomi principali che mostra la batteria dell'iPhone prossima all'esaurimento.
La lista è solo indicativa: non è detto che il vostro telefono manifesti tutti e cinque i sintomi, ma è comunque una buona linea generale di auto-analisi.
Si ricorda però che solo un'analisi approfondita (sia software che hardware) eseguita in laboratorio può dare un quadro completo ed esaustivo dell'accumulatore.
1 - Carica eccessivamente veloce
Il vostro iPhone, incredibilmente, sembra ricaricarsi completamente molto più velocemente di prima, e raggiunge il 100% della carica veramente ‘a razzo’;
2 - Scarica altrettanto veloce
Vedete crollare la percentuale di carica del telefono in pochissimo tempo, anche quando non lo state usando in maniera intensiva;
3 - Calore eccessivo
Il telefono, in prossimità della batteria, si 'scalda' molto più di prima;
4 - Riavvii improvvisi
Il telefono si spegne improvvisamente, anche con indicatore di carica residua considerevole;
5 - Durata limitata
Riuscite a malapena a finire una giornata di lavoro con una carica (e spesso, una non vi basta)
Sperimentando uno o più di questi sintomi comuni, è segno che la batteria dell'iPhone sta per esaurire tutta la sua capacità di immagazzinamento energetico originaria, e che tra non molto cessi completamente di funzionare.
A quel punto, se non si è provveduto per tempo, il telefono stesso smette ogni sua funzione, non riuscendo ad eseguire il boot neppure attaccato alla presa d'alimentazione.
A cosa è dovuto il rigonfiamento delle batterie Li-poly?
Una batteria di iPhone 3GS danneggiata e rigonfia
Essenzialmente, ad un problema di tensione.
Nello specifico, ad una sovra o sotto-tensione.
Queste batterie possono operare, come precedentemente detto poc'anzi, solo entro una range di tensione elettrica ben definito.
Sbalzi di tensione nella rete d'alimentazione, od errori software della CPU del dispositivo alimentato che fanno scaricare troppo velocemente la batteria
comportano il rigonfiamento della stessa.
Tale rigonfiamento è irreversibile, e rende necessaria (ed urgente) la sostituzione della batteria.
Ci sono consigli per prolungare la vita di una batteria Li-poly dell'iPhone?
Fermo restando che 'prolungare' è un termine certamente improprio, parlando di componenti soggetti a naturale ed inevitabile degrado, preso atto che una corretta e costante tensione elettrica è elemento fondamentale per il loro funzionamento, le raccomandazioni sono a ciò conseguenti.
Si possono riassumere in tre punti chiave:
1 - Caricare spesso
Queste batterie vanno caricate spesso e volentieri, anche più volte al giorno: non c'è il rischio di 'effetto memoria', e non c'è rischio di sovraccarico;
2 - Non lasciare troppo tempo scarico l'iPhone
Un prolungato mancato utilizzo della batteria provoca danni spesso irreparabili.
La batteria dell'iPhone non è stata progettata per
non essere usata, quindi bisogna sfruttarla;
3 - Non fare surriscaldare l'iPhone
La batteria ai pomileri di litio dell'iPhone rende male all'aumentare della temperatura.
Non lasciare l'iPhone in luoghi caldi e sotto la luce diretta del sole.
Se qualche applicazione riscalda eccessivamente il cellulare durante l'uso, ridurne al minimo essenziale l'utilizzo
Le batterie ai polimeri di litio possono essere riciclate?
Sì, entro certi limiti.
Una moderna batteria ai polimeri di litio può incorporare fino a 62 metalli o metalloidi nella sua struttura principale, e tra essi sono presenti nickel, cobalto, manganese.
Tali metalli sono tossici e, per complicare le cose, molti di essi risultano elettrochimicamente ancora attivi al momento del riciclo della batteria.
Datosi che, attualmente, la pirolisi (ossia il riscaldamento ad alte temperature) è l'unico sistema disponibile per separare e recuperare i metalli, la parte elettrochimica attiva delle batterie, riscaldata, causa produzione di gas tossici ed infiammabili, tra cui cloro e idrogeno, che non possono essere recuperati.
Allo stato attuale delle cose, i metalli
che possono essere riciclati sono essenzialmente nickel, cobalto e litio, ma le percentuali di recupero sono ancora modeste: le parti elettrochimicamente attive delle batterie, incendiandosi, causano problemi che impediscono di far salire i valori di successo oltre il 20%.
Il problema, abbastanza serio considerando che litio e cobalto sono elementi disponibili in non così grande quantità sul pianeta, attualmente è relativo: la produzione di batterie Li-poly si attesta sulle 35.000 tonnellate l'anno, e sono già state prodotte scorte per 18 milioni di tonnellate.
Al momento e per gli usi attuali ciò garantisce ricambi per qualche secolo, ma la situazione potrebbe cambiare drasticamente se altri settori non propriamente elettronici (ad esempio, l'automotivo) dovessero irrompere in massa nel mercato degli accumulatori.
Posso prenotare presso di voi il cambio batteria del mio iPhone a Milano?
Certamente: chiama il numero 333.29.22.308 oppure compila con attenzione il modulo di prenotazione che trovi qui sotto:
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La mia batteria dovrebbe essere ancora in garanzia, mi potete fornire assistenza?
No: non ci occupiamo di accumulatori (e dispositivi in generale) che ancora rientrano nel programma d'assistenza in garanzia del produttore e/o rivenditore.
Il nostro servizio di cambio rapido batteria si applica esclusivamente ai dispositivi fuori dal periodo di garanzia, o che hanno subito danneggiamenti che hanno provocato la decadenza della stessa.
Dovete quindi rivolgervi ai centri d'assistenza
ufficiali di Apple, in questo caso.
