Il rapporto tra batterie e temperatura esterna: il caldo

Le batterie sono una componente cruciale nella nostra vita moderna, perché forniscono energia ad una vasta gamma di dispositivi. Tuttavia, spesso ignoriamo l’influenza significativa che la temperatura ambientale può avere sulle prestazioni, sulla durata e sulla carica delle batterie, influendo notevolmente sul funzionamento e sull’efficienza. Comprendere come la temperatura esterna influenza le reazioni chimiche interne delle batterie è fondamentale per proteggere le prestazioni e la vita utile dei dispositivi alimentati a batteria, ed anche per avere un dispositivo sempre efficiente, che non ti molla nel bel mezzo della tua attività professionale o nel tuo tempo libero. In questo articolo, esploreremo gli effetti del caldo sul funzionamento delle celle elettrochimiche, sulla capacità di stoccaggio di energia e sull’efficienza della carica.

Il funzionamento delle batterie

Per comprendere appieno come il caldo influisca sulle batterie, è essenziale avere una conoscenza di base del loro funzionamento. Le batterie contengono celle elettrochimiche che convertono energia chimica in energia elettrica attraverso reazioni redox. Queste reazioni chimiche sono sensibili alla temperatura.

A temperature elevate, gli atomi e le molecole all’interno della batteria acquistano energia cinetica aggiuntiva, accelerando le reazioni chimiche. Questo aumento della reattività chimica potrebbe sembrare positivo, in realtà influisce in maniera notevole sulle prestazioni.

Gli effetti del caldo sulla batteria

1. Riduzione della capacità

Uno dei principali effetti del caldo sulle batterie è la riduzione della loro capacità.

La capacità di una batteria è una misura della quantità di energia che può immagazzinare e rilasciare quando è completamente carica. In altre parole, rappresenta la quantità massima di carica elettrica che una batteria può contenere. La capacità è espressa in unità di carica, generalmente in ampere-ora (Ah) o milliampere-ora (mAh).

Per capire meglio il concetto, immagina la capacità di una batteria come la dimensione di un serbatoio d’acqua. Maggiore è la capacità, maggiore è la quantità di acqua (o, nel caso delle batterie, energia elettrica) che il serbatoio può contenere.

Quando una batteria viene utilizzata, parte della sua capacità viene gradualmente consumata. Ad esempio, se hai una batteria con una capacità di 1000 mAh e un dispositivo richiede 100 mAh di energia per funzionare, la batteria dovrebbe essere in grado di alimentare il dispositivo per circa 10 ore prima di essere completamente scarica.

La riduzione della capacità causata dal caldo comporta una riduzione dell’autonomia del dispositivo alimentato a batteria poiché la batteria può immagazzinare meno energia rispetto al suo stato originale, riducendo così la durata complessiva dell’uso del dispositivo tra le ricariche.

L’aumento della temperatura accelera il deterioramento dei materiali attivi all’interno della batteria, riducendo la quantità di energia che può immagazzinare, e si traduce in una diminuzione dell’autonomia dei dispositivi alimentati a batteria.

La riduzione della capacità delle batterie a causa del caldo avviene principalmente attraverso una serie di processi chimici e fisici che sono accelerati dalle alte temperature: 

• Ossidazione del catodo e dell’ettrodo: in una batteria, il catodo e l’anodo sono composti da materiali attivi che partecipano alle reazioni chimiche durante il funzionamento. L’aumento della temperatura accelera l’ossidazione di questi materiali, cioè la loro reazione con l’ossigeno presente nell’aria. Questo processo porta alla perdita di materiale attivo, riducendo la capacità della batteria nel lungo termine.

• Decomposizione elettrolitica: Gli elettroliti all’interno delle batterie sono responsabili della conduzione degli ioni durante il funzionamento. A temperature elevate, gli elettroliti possono subire una decomposizione più rapida, formando prodotti chimici indesiderati che possono danneggiare le celle elettrochimiche e ridurre la capacità.

• Formazione di passivazione: alcuni tipi di batterie, come le batterie al piombo, sviluppano uno strato di solfato di piombo sulla loro superficie interna durante il funzionamento. Questo strato, noto come passivazione, ostacola il flusso di carica elettrica all’interno della batteria. A temperature elevate, la formazione di questo strato può accelerarsi, riducendo l’efficienza della batteria.

• Aumento dell’autoscarica: a temperature più alte, la batteria tende a scaricarsi più velocemente anche quando non viene utilizzata attivamente. Questo aumento dell’autoscarica riduce ulteriormente la quantità di energia disponibile quando si utilizza il dispositivo.

• Effetto cumulativo:  questi effetti negativi si accumulano nel tempo. Le alte temperature non causano necessariamente una riduzione immediata della capacità, ma nel corso del tempo, accelerano il deterioramento dei componenti interni della batteria, portando alla riduzione graduale della capacità. 

Inoltre, in ambienti molto caldi, il calore può causare surriscaldamento diretto della batteria, il che può danneggiarla in modo irreparabile e persino causare situazioni pericolose come l’esplosione.

2. Riduzione dell’efficienza di ricarica

Le batterie caricano in modo meno efficiente a temperature elevate. Ciò significa che richiedono più tempo per raggiungere una carica completa e possono richiedere più energia per farlo. Un processo di ricarica meno efficiente comporta tempi di ricarica più lunghi e un maggiore consumo di energia.

Ambienti molto caldi e batterie

In ambienti estremamente caldi, gli effetti negativi sulle batterie sono amplificati. Ad esempio, lasciare dispositivi con batterie al litio (come telefoni o laptop) in un’auto parcheggiata al sole durante una giornata calda può comportare danni significativi alla batteria. Le alte temperature possono portare al surriscaldamento delle batterie, aumentando il rischio di perdita di capacità o addirittura di esplosioni.

Come proteggere le batterie dal caldo

Per preservare le prestazioni e la durata delle batterie in ambienti caldi, sono necessarie alcune precauzioni:

1. Evitare l’esposizione diretta al sole: proteggere i dispositivi dall’esposizione diretta al sole, soprattutto in condizioni di calura intensa, ridurrà il rischio di surriscaldamento delle batterie.

2. Mantenere i dispositivi in luoghi freschi: conservare e utilizzare i dispositivi in ambienti a temperatura ambientale moderata contribuirà a mantenere la temperatura delle batterie a livelli sicuri.

3. Evitare ricariche eccessive: non sovraccaricare mai le batterie, specialmente in ambienti caldi. Seguire attentamente le istruzioni del produttore per la ricarica.

4. Spegnere i dispositivi non utilizzati: ridurre l’esposizione delle batterie al calore spegnendo i dispositivi quando non sono in uso.

5. Utilizzare sistemi di raffreddamento: dispositivi come laptop ad alte prestazioni spesso sono dotati di sistemi di raffreddamento attivo che contribuiscono a mantenere la temperatura delle batterie sotto controllo.

Seguire le migliori pratiche, come evitare l’esposizione al sole diretto, mantenere i dispositivi in luoghi freschi e seguire le raccomandazioni del produttore per la ricarica, aiuta a mitigare gli effetti negativi del calore sulle batterie e a garantire il funzionamento ottimale dei nostri dispositivi quotidiani e ad evitare incidenti e danni che possono essere anche rilevanti.

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