Chicago in inverno è un posto che non perdona. Vuoi spostarti in città? Non hai una macchina? Preparati a stare su una piattaforma ferroviaria rialzata per 10 minuti, e cerca di esporre il meno possibile la tua pelle al vento crudo e impetuoso. La temperatura è di nuovo sotto zero? Ecco una debole lampada di calore esterna sulla piattaforma; sii grato per questo.
Mi sono trovato su una di quelle piattaforme, tremando sotto una di quelle lampade, sabato scorso (30 dicembre) mentre la temperatura scendeva a 3 gradi Fahrenheit (meno 16 gradi Celsius). Ero appena tornato dal pranzo, durante il quale avevo dirottato una delle prese del ristorante per caricare il mio telefono al 100% della sua capacità della batteria; la mia prossima destinazione era il centro, in una zona che non conoscevo, e stavo facendo in modo di avere il mio GPS a portata di mano per la guida. Eppure, quando ho tirato fuori il mio dispositivo dalla tasca su quella piattaforma per controllare il mio percorso, la carica era già crollata: La lettura nell’angolo in alto a destra del mio schermo lampeggiava in rosso, “1% …1% …1%”. Pochi istanti dopo, il dispositivo era morto.
Perché?
La risposta breve è che le batterie si basano su reazioni chimiche per funzionare, e le temperature di congelamento rallentano o fermano queste reazioni.
Le batterie agli ioni di litio, i comuni ricaricabili che alimentano gran parte della nostra vita moderna e vivono all’interno di quasi tutti i telefoni cellulari, scaricano corrente elettrica come singoli ioni di litio si muovono attraverso la soluzione da una estremità della batteria (l’anodo) all’altra estremità (il catodo). Quando la batteria è scarica, tutti quegli ioni sono incorporati nella grafite porosa del catodo. Quando è completamente carica, sono tutti incorporati nell’anodo, secondo Ann Marie Sastry, co-fondatrice e CEO di Sakti3, una startup di tecnologia delle batterie con sede nel Michigan, che ha parlato con Live Science per un articolo passato.
I chimici non hanno una buona idea di come esattamente il freddo rallenti le reazioni che avvengono all’interno delle batterie agli ioni di litio. “I meccanismi esatti che portano alle scarse prestazioni delle batterie agli ioni di litio a temperature fredde non sono ancora ben compresi”, ha scritto un team di ingegneri delle batterie in un documento nel Journal of The Electrochemical Society nel 2011.
Ma è ampiamente vero che il freddo estremo rallenta le reazioni nelle batterie di tutti i tipi a un gattonamento.
Quando il contatore di carica del mio telefono ha letto “1%” su quella piattaforma, tutti gli ioni non erano improvvisamente saltati al catodo. Infatti, le temperature fredde impediscono il tipo di scaricamento lento che gli ioni della batteria fanno a temperature ambiente, come spiega il sito di ingegneria Lithiumpros.com. Ma poiché il freddo pungente aveva rallentato o fermato la reazione all’interno della batteria, ha scaricato meno corrente di quella necessaria al telefono per continuare a funzionare, la chimica Anne Marie Helmenstine, che ha un dottorato in scienze biomediche e ha insegnato chimica a vari livelli accademici, ha scritto nel 2017 su thoughtco.com. Il telefono ha interpretato quella debole scarica come un segno che la batteria era quasi morta, e si è spento poco dopo.
Fortunatamente, non ho tentato di ricaricare la mia batteria mentre il telefono era ancora congelato. A temperature molto basse, come ha scritto il chimico del Lawrence Berkeley National Laboratory Stephen J. Harris sul suo sito web, il processo di ricarica degli ioni di litio può fallire orribilmente. In condizioni normali, applicando una corrente elettrica alla batteria, gli ioni verrebbero trasportati indietro nei pori della grafite dell’anodo. Quando la batteria è congelata, però, gli ioni non entrano nella grafite. Invece, escono dalla soluzione e si placcano sulla superficie della grafite come litio solido. Questo processo può distruggere le prestazioni e la vita di una batteria.
Quando il mio telefono si è riscaldato di nuovo, ha dimostrato che non aveva comunque bisogno di una carica; aveva solo bisogno di temperature abbastanza calde per consentire la reazione. Quando ho premuto il pulsante di accensione del dispositivo appena riscaldato, si è acceso, e il contatore della batteria ha letto “94%.”
Gli ioni non erano andati da nessuna parte. Semplicemente non potevano muoversi correttamente nel freddo.
Originariamente pubblicato su Live Science.
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