Nichel e zinco

Le batterie sono gli eroi non celebrati del nostro mondo moderno, poiché alimentano silenziosamente i dispositivi su cui facciamo affidamento quotidianamente. Tuttavia, come una macchina ben oliata, le batterie agli ioni di litio richiedono diversi componenti essenziali per funzionare in modo armonioso e fornire un accumulo affidabile di energia. Il nichel e lo zinco sono due ingranaggi che mantengono il motore in funzione: costituiscono parte integrante della struttura della batteria, aiutandola a svolgere il suo lavoro vitale. In questo articolo esploreremo l'importante ruolo di questi materiali all'interno delle batterie agli ioni di litio e il modo in cui le loro proprietà influiscono sulle prestazioni della batteria.

Il nichel e lo zinco sono entrambi metalli di transizione con caratteristiche versatili, che li rendono ideali per l'uso nelle batterie ricaricabili. Il nichel è altamente reattivo e fornisce una buona conduttività elettrica pur essendo in grado di eseguire numerosi cicli senza degradarsi troppo nel tempo. Lo zinco funge da metallo sacrificale, reagendo elettrochimicamente durante la scarica e formando particelle cariche note come ioni che possono muoversi liberamente attraverso gli elettroliti all'interno della cella. Questo produce elettricità quando è collegato a circuiti esterni come un motore o una lampadina.

La combinazione di nichel e zinco offre molti vantaggi rispetto ad altri tipi di batterie chimiche oggi disponibili. Offrono densità di energia più elevate rispetto alle celle alcaline, maggiore sicurezza rispetto ai modelli al piombo, migliori credenziali ambientali rispetto alle unità a base di cadmio, velocità di ricarica più rapide e scariche più profonde rispetto ad alcune tecnologie alternative. Tutti questi fattori contribuiscono al motivo per cui la tecnologia nichel-zinco è diventata sempre più popolare negli ultimi anni per applicazioni che vanno dai veicoli elettrici (VE) ai prodotti elettronici portatili come smartphone e tablet.

Il nichel e lo zinco sono due elementi chimici utilizzati da secoli in numerose applicazioni. Il nichel è un metallo bianco-argenteo con un numero atomico di 28, mentre lo zinco ha un numero atomico di 30. Sia il nichel che lo zinco condividono alcune proprietà comuni, come i metalli malleabili e duttili, il che significa che possono essere piegati o modellati in forme diverse senza rottura. Possiedono anche caratteristiche chimiche simili; gli stati di ossidazione sia del nichel che dello zinco vanno da +2 a +4.

In termini di usi, il nichel è ampiamente utilizzato nei processi industriali grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione e alla capacità di resistere a temperature estremamente elevate. Inoltre è spesso legato ad altri metalli, come rame o ferro, per formare vari componenti come tubi o valvole. D'altra parte, lo zinco viene utilizzato principalmente nella zincatura delle strutture in acciaio poiché funge da strato protettivo contro la ruggine o la corrosione. Inoltre, si trova in leghe come l'ottone, costituite da rame e zinco miscelati rispettivamente in un rapporto di 2:1.

Le batterie agli ioni di litio sono costituite principalmente da componenti di nichel e zinco, che le rendono fondamentali per un funzionamento efficiente. Il catodo (elettrodo positivo) contiene tipicamente ossido di cobalto insieme a biossido di manganese o ossiidrossido di nichel, mentre l'anodo (elettrodo negativo) è costituito principalmente da grafite intercalata con ioni di litio quando viene caricato durante il funzionamento della batteria. Questa combinazione crea un ambiente altamente reattivo tra il catodo e l'anodo, consentendo agli elettroni di fluire senza intoppi attraverso la cella, determinando cicli di carica di lunga durata per i dispositivi alimentati da queste batterie.

Il nichel e lo zinco svolgono un ruolo importante nell’accumulo di energia e nell’efficienza energetica delle batterie agli ioni di litio. La combinazione di nichel e zinco consente un efficiente trasferimento di elettroni all'interno della batteria, migliorandone le prestazioni e la longevità.

Il tipo più comune di batteria agli ioni di litio è la nichel-metallo idruro (NiMH). In questa forma, il nichel agisce come materiale anodico, mentre lo zinco è un materiale catodico per immagazzinare energia elettrica nei legami chimici. Questa configurazione aumenta la quantità di carica che può essere immagazzinata fino a dieci volte rispetto ad altre batterie ricaricabili.

Inoltre, se utilizzati con altri materiali come ossido di cobalto o grafite, nichel e zinco aumentano ulteriormente la capacità, diminuendo i tempi di ricarica e aumentando le funzionalità di sicurezza come la gestione termica.