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Le batterie ricaricabili subiscono piccole quantità di usura dopo ogni ciclo di carica perché gli ioni si muovono al loro interno e gli elettrodi si espandono durante la ricarica. Quando le celle agli ioni di litio funzionano a livelli estremi, quasi scariche o completamente piene, ciò provoca uno sforzo aggiuntivo sull'anodo della batteria. Secondo una ricerca del National Renewable Energy Lab del 2020, questo tipo di utilizzo può effettivamente ridurre la capacità della batteria fino al 24% all'anno rispetto a un utilizzo più equilibrato. Il problema peggiora quando i dispositivi vengono regolarmente caricati oltre il 90%, poiché ciò porta a un fenomeno chiamato deposizione di litio (lithium plating), una delle principali cause per cui le batterie perdono efficacia nel tempo.
Mantenere le batterie agli ioni di litio cariche tra circa il 30% e il 70% aiuta a prevenire fastidiose formazioni cristalline sugli elettrodi, riducendole di circa il 40% rispetto al lasciare scaricare completamente la batteria dallo 0 al 100%. Il Dipartimento dell'Energia ha esaminato questo aspetto già nel 2019 e ha scoperto qualcosa di interessante: i loro test hanno mostrato che quando queste batterie si scaricano solo a metà (circa il 50%), durano da 1.200 a 1.500 cicli di ricarica prima di raggiungere solo l'80% della loro capacità originale. Una differenza notevole rispetto ai soli 500 cicli osservati quando le batterie subiscono ripetuti cicli di scarica completa. Anche i produttori automobilistici hanno preso atto di questo fenomeno. Molti veicoli elettrici oggi limitano la ricarica rapida all'80% come parte della strategia per mantenere sani nel tempo questi costosi pacchi batteria. Tesla, Nissan e altri utilizzano tutti tattiche simili nei loro progetti di veicoli elettrici.
| Profondità di Scarica | Ciclo vitale medio | Ritenzione della capacità dopo 3 anni |
|---|---|---|
| 100% (Completa) | 500 cicli | 65%-70% |
| 50% | 1.200 cicli | 85%-88% |
Quando parliamo di un ciclo della batteria, ci riferiamo fondamentalmente all'utilizzo del 100% della carica totale della batteria, che si verifichi in un'unica soluzione quando il dispositivo si scarica completamente oppure attraverso diverse ricariche parziali nel corso della giornata. Il modo in cui le batterie moderne registrano questo processo di usura aiuta a spiegare perché persone diverse possono fare esperienze molto differenti riguardo alla durata della batteria del proprio dispositivo, anche se possiedono esattamente lo stesso modello. Le persone che tendono a ricaricare i propri dispositivi a intervalli brevi e parziali di solito riscontrano che la batteria mantiene ancora circa il 92% della sua potenza originaria dopo aver completato circa 500 cicli di ricarica completi. Confrontando con chi lascia regolarmente scaricare la batteria fino allo zero, i cui dispositivi spesso scendono al solo 76% della capacità dopo un uso simile, secondo alcuni test effettuati da Consumer Reports nel 2022.
Mantenere le batterie agli ioni di litio tra il 20% e l'80% del livello di carica riduce notevolmente lo stress elettrochimico a cui sono sottoposte nel tempo. Secondo alcune recenti scoperte del Battery University del 2023, quando si limita la tensione di carica a circa 3,92 volt per cella, corrispondente a circa il 65% di SOC, queste batterie durano molto più a lungo prima di dover essere sostituite. Invece dei soliti 300-500 cicli ottenuti con carica completa a 4,2 volt per cella, questo approccio consente di raggiungere fino a circa 2.400 cicli. A cosa si deve questo ottimo risultato? Aiuta a prevenire due problemi principali che riducono la vita della batteria: la deposizione di litio sul lato dell'anodo e l'ossidazione del materiale catodico. Questi processi sono essenzialmente ciò che causa il degrado della maggior parte delle batterie con l'invecchiamento.
| Livello di carica (V/cella) | Intervallo di vita in cicli | Ritenzione della capacità |
|---|---|---|
| 4,20 (100% SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65% SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Le persone che attribuiscono maggiore importanza alla durata della batteria rispetto al sfruttamento completo dell'autonomia dei propri dispositivi potrebbero valutare l'opportunità di mantenere i livelli di carica tra il 25% e il 75%. Questo approccio riduce le fluttuazioni di tensione giornaliere di circa il 35%, contribuendo a rallentare la crescita dello strato SEI nelle celle della batteria. Lo strato SEI è essenzialmente ciò che provoca il degrado delle batterie nel tempo. È vero che questo metodo comporta la rinuncia a circa il 15-20% della capacità disponibile in un dato momento, ma per dispositivi che non vengono utilizzati per tutta la giornata, come sistemi di alimentazione di backup o attrezzature stagionali, il vantaggio è notevole. Alcuni test hanno dimostrato che queste batterie possono erogare fino a tre volte tanta energia complessiva durante tutta la loro vita utile se funzionano entro questo intervallo più ristretto.
Quando le batterie al litio rimangono a un livello di carica superiore all'80% per lunghi periodi, tendono a degradarsi molto più rapidamente perché la loro resistenza interna aumenta insieme all'accumulo di calore all'interno delle celle. La scienza dietro questo fenomeno mostra che caricare completamente fino al 100% a 4,2 volt per cella dimezza effettivamente la durata della batteria rispetto a mantenerla intorno ai 4,0 volt. Analizzando dispositivi reali come gli smartphone, una persona che ricarica il proprio telefono ogni giorno fino al 100% potrebbe scoprire che dopo soli dodici mesi la batteria conserva solo circa il 73% della sua capacità originale. Ma se un'altra persona prende l'abitudine di fermarsi all'80%, la batteria del suo telefono probabilmente manterrà un'efficienza superiore al 90% anche dopo un intero anno di utilizzo regolare.
Le scariche parziali riducono lo stress sui materiali della batteria diminuendo le sollecitazioni meccaniche durante i cicli di carica-scarica. Un utilizzo superficiale (ad esempio, una scarica del 20-40% prima della ricarica) limita l'espansione e la contrazione degli elettrodi, mentre i cicli profondi provocano cambiamenti strutturali più estremi che favoriscono la formazione di crepe nei catodi e l'instabilità alle interfacce dell'elettrolita.
Studi dimostrano che le batterie sottoposte a un profondità di scarica (DoD) del 100% perdono capacità tre volte più velocemente rispetto a quelle sottoposte a cicli con DoD al 50%. Le migliori pratiche del settore riflettono questo aspetto, enfatizzando l'uso di scariche parziali per prevenire il degrado reticolare dei materiali attivi.
La relazione tra profondità di scarica e durata in cicli segue una tendenza logaritmica:
| Profondità di Scarica (DOD) | Durata media in cicli (Li-ion) |
|---|---|
| 100% | 300–500 cicli |
| 80% | 600–1.000 cicli |
| 50% | 1.200–2.000 cicli |
| 20% | 3.000+ cicli |
Mantenere le scariche della batteria intorno al 50% di profondità di scarica protegge effettivamente la struttura cristallina all'interno delle catodi al nichel-manganese-cobalto e mantiene la stabilità a livello ionico. La ricerca dello scorso anno ha mostrato risultati interessanti. Quando le batterie sono state utilizzate a circa metà della loro capacità, hanno mantenuto circa il 92% della potenza originaria anche dopo 1.000 cicli di carica. Ma quando sono state lasciate scaricare completamente ogni volta, le stesse batterie hanno perso quasi il 40% della capacità già al ciclo 400. Questo fa una grande differenza. Per applicazioni in cui l'affidabilità è fondamentale, come apparecchiature mediche salvavita o accumulo di energia solare, questo approccio con cicli superficiali dà notevoli vantaggi a lungo termine.
Le batterie agli ioni di litio tendono a deteriorarsi più rapidamente quando mantenute a livelli di tensione elevati, specialmente intorno ai 4,2 volt per cella. Secondo alcuni studi recenti, mantenere la carica della batteria compresa tra il 20% e l'80% riduce lo stress chimico all'interno delle celle della batteria di circa due terzi rispetto al portarle completamente da vuote a piene (come indicato nello studio industriale di Jefferson WI del 2023). Anche brevi periodi di sovraccarica possono causare un aumento pericoloso delle temperature interne, aumentando il rischio di un evento grave chiamato runaway termico. Sebbene molti caricabatterie più recenti passino effettivamente a una modalità di carica più lenta una volta raggiunto circa l'80%, lasciare le batterie collegate a carica completa per troppo tempo provoca comunque il degrado della soluzione elettrolitica interna. Per questo motivo, gli utenti più accorti spesso scollegano i dispositivi prima che l'indicatore mostri una carica completamente piena.
Il calore è un fattore principale nel degrado delle batterie. Ogni aumento di 8°C (15°F) oltre i 35°C (95°F) raddoppia la velocità dell'invecchiamento. Uno studio dell'Idaho National Laboratory (2022) ha mostrato che le batterie agli ioni di litio sottoposte a cicli a 40°C hanno perso il 50% della capacità nella metà dei cicli rispetto a quelle utilizzate a 20°C. Alcune semplici precauzioni possono aiutare:
I caricabatterie di scarsa qualità spesso non dispongono di un'adeguata regolazione della tensione, esponendo le batterie a fluttuazioni dannose. Un rapporto industriale del 2024 ha rivelato che il 78% dei caricabatterie USB-C non certificati superava i limiti di tensione sicuri di oltre il 10%. Per proteggere la salute della batteria, scegliere caricabatterie dotati di:
Questo falso mito deriva dalle vecchie batterie al nichel-cadmio, che soffrivano dell'"effetto memoria". Le moderne batterie al litio-ione funzionano meglio con ricariche frequenti e parziali. Le scariche profonde aumentano lo stress elettrochimico e accelerano la perdita di capacità. Ad esempio, effettuare cicli tra il 40% e l'80% di carica riduce il degrado del 30% rispetto ai cicli completi dallo 0% al 100%.
I moderni sistemi di gestione delle batterie impediscono il sovraccarico, ma mantenere una batteria al 100% per periodi prolungati, specialmente durante la ricarica notturna, continua a stressare i componenti chimici interni. Test recenti con immagini termiche del 2023 hanno rivelato anche un dato interessante: le batterie lasciate collegate durante la notte hanno raggiunto internamente una temperatura di circa 8 gradi Celsius più alta rispetto a quelle caricate in brevi intervalli durante il giorno. La maggior parte delle persone scopre che staccare la spina quando il dispositivo raggiunge una carica tra l'80 e il 90 percento funziona meglio per l'uso quotidiano. Questo approccio riduce il tempo in cui le celle della batteria sono sottoposte a condizioni di alta tensione, contribuendo a preservarne la durata nel tempo.
Le scariche parziali estendono notevolmente la vita della batteria: una profondità di scarica del 50% offre all'incirca il doppio dei cicli rispetto a scariche complete. Adotta queste abitudini:
La ricarica rapida genera fino al 40% in più di calore rispetto alla ricarica standard, aumentando lo stress termico sui materiali dell'anodo. Test accelerati di invecchiamento mostrano che questo può degradare i componenti 2,3 volte più velocemente. Utilizzare la ricarica rapida solo quando necessario e rimuovere le custodie protettive durante sessioni ad alta velocità per migliorare la dissipazione del calore e preservare l'integrità della batteria.