Cosa verifichiamo
Negli ultimi anni sono sempre più gli oggetti di uso comune che basano il loro funzionamento su una alimentazione da batterie. Ciò ha portato tutti noi a cercare di ottimizzare la durata delle batterie, sia intesa nel ciclo singolo che come vita utile in termini di mesi/anni di funzionamento, mediante l’applicazione di buone pratiche di utilizzo. Tra queste, evitare l’overcharging, ovvero l’eccessivo caricamento, sembra essere una delle più comuni. Tuttavia, spesso, le buone pratiche non nascono da una profonda conoscenza del meccanismo di funzionamento delle batterie e quindi dei loro fenomeni di degrado quanto piuttosto da voci che si ripetono e si amplificano allontanandosi via via da un fondamento scientifico. Viene dunque spontaneo chiedersi: è davvero necessario evitare l’overcharging per allungare la vita utile della batteria del cellulare?
Analisi
Con il termine batteria si indica una grande famiglia di dispositivi che presentano caratteristiche molto differenti tra loro sia per le prestazioni esterne che hanno implicazioni sulle applicazioni sia per la costituzione chimico-fisica al loro interno. Facendo riferimento soltanto alle batterie secondarie (cioè a quelle ricaricabili), l’utente medio ha avuto esperienza di utilizzo con almeno tre grandi famiglie: le batterie al piombo, le batterie alcaline (come le Ni-MH) e le batterie al litio. Poiché la natura interna di queste batterie varia significativamente da una famiglia all’altra, conclusioni che possono essere vere per alcune batterie non lo sono per altre. Ad esempio, l’effetto memoria, molto noto negli anni ’90, per cui la capacità di una batteria si riduce se non scaricata completamente è presente per le batterie al Nickel ma non è presente né nelle batterie al piombo né in quelle agli ioni di litio. Al giorno d’oggi, gli oggetti di uso più comune (in primis cellulari, tablet e pc portatili) impiegano batterie al litio. In questo contesto, si analizza dunque il fenomeno dell’overcharging per le batterie al litio.
Prima di focalizzarci sull’overcharging è comunque bene specificare che anche il termine batterie al litio indica una grande famiglia che include batterie con prestazioni e chimiche molto diverse. L’analisi che segue è basata sul funzionamento di batterie Li-Co (litio cobalto) o NMC (nickel manganese cobalto) che sono le più diffuse negli smartphone, nei tablet e nei computer portatili. Tuttavia, le considerazioni generali sono valide per tutte le famiglie di batterie al litio con effetti più o meno accentuati a seconda della specifica chimica considerata.
Per overcharging (sovraccarica) si intende la condizione in cui una batteria è caricata oltre la sua capacità massima. Potrebbe venire da pensare che si va in overcharging se si lascia il cellulare in carica tutta la notte ma, in realtà, non è così. Infatti, la sovraccarica delle batterie le porterebbe ad una tensione maggiore della massima consentita. Le batterie al litio, in caso di sovratensione, si degradano molto rapidamente e se la sovratensione è significativa possono prendere fuoco o esplodere. Per questo motivo, i sistemi di ricarica (sia dei cellulari che dei computer portatili e di altri dispositivi simili) sono dotati di un sistema di controllo che impedisce la sovraccarica della batteria. Se anche la batteria viene lasciata collegata al carica-batterie per un tempo molto lungo, la carica viene interrotta quando si raggiunge il 100% dello stato di carica. Da un punto di vista tecnico, pertanto, non è possibile portare in sovraccarica le batterie dei nostri smartphone a meno di manomettere il loro software di controllo.
Esistono alcune app, installabili solo su cellulari ‘rootati’ (cellulari per cui si è preso il controllo rispetto ai limiti imposti dal sistema operativo nativo) che consentono di influenzare il comportamento di ricarica bypassando alcune regole imposte dal sistema operativo. Tuttavia, poiché il limite di tensione massima ha implicazioni sulla sicurezza della batteria stessa e degli utilizzatori, questo limite è tipicamente controllato anche da un hardware dedicato che non è bypassabile via software. Pertanto, nemmeno manomettendo il software degli smartphone è possibile effettuare una sovraccarica delle batterie.
Si dovrebbe quindi concludere che, sebbene l’overcharging danneggi la batteria, l’overcharging implementabile su dispositivi mobili non ha effetto sulla batteria dal momento che è controllato. Tuttavia, anche caricare il cellulare ad alto stato di carica (es. 100%) senza sovraccaricarlo in qualche modo ha effetto sulla vita utile della batteria.
Proviamo a capirci di più.
La vita utile della batteria, in termini di cicli che la batteria è in grado di effettuare prima di ridurre significativamente la sua capacità, dipende da diversi fattori. I principali sono la temperatura, lo stato di carica ed i cicli effettuati (quindi l’uso effettivo). Lasciamo per un momento da parte l’uso effettivo (è naturale pensare che più si usi una batteria, più la si stia invecchiando), e concentriamoci sugli altri due fattori: la temperatura e lo stato di carica.
La temperatura è il parametro che più influenza la vita utile di una batteria. Usando una batteria a 40°C anziché a 30°C si può ridurre la sua vita utile del 25%. Anche la semplice conservazione della batteria ad una temperatura elevata comporta un rapido invecchiamento della stessa. E’ inoltre bene tenere conto che andare oltre i 60-65°C può diventare rischioso per le batterie al litio ed è, perciò, assolutamente da evitare.
Anche lo stato di carica, al pari della temperatura, è un fattore che può accelerare l’invecchiamento delle batterie. In particolare, più elevato è lo stato di carica maggiore è la tensione interna all’interno delle batterie, maggiori sono le reazioni parassite e più rapido è l’invecchiamento. Pertanto, una batteria conservata al 100% dello stato di carica può terminare la sua vita utile in qualche anno anche senza essere mai utilizzata, mentre la stessa batteria conservata ad uno stato di carica basso (es. 30%) potrebbe durare 10 anni con riduzione limitata della sua capacità. E’ questo il motivo per cui nei dispositivi nuovi le batterie si trovano tipicamente ad uno stato di carica medio basso in modo da ridurne l’invecchiamento nella fase di stoccaggio che precede la vendita.
E’ allora evidente che tenere il cellulare sempre al 100% dello stato di carica ne riduce drasticamente la vita rispetto ad impiegarlo ad uno stato di carica più basso. Da questo punto di vista si può affermare che una sovraccarica, intesa come una carica che mantiene al 100% per lungo tempo la batteria, ne riduce la vita utile. E’ per questo motivo, che software moderni di gestione degli smartphone propongono agli utenti una carica fino all’80% in modo da allungare le vita utile della batteria. L’utente ha poi la possibilità di caricare comunque al 100% in caso preveda di aver bisogno dell’intera carica durante la giornata di utilizzo. Ricariche parziali non riducono invece la vita utile della batteria non soffrendo le batterie al litio di effetto memoria.
Conclusioni
In sintesi, non è possibile sovraccaricare la batteria dei cellulari impiegando correttamente i sistemi di ricarica. Tuttavia, tenere alto lo stato di carica della batteria degli smartphone e dei portatili ne comporta un invecchiamento accelerato riducendone la vita utile. E’ pertanto consigliabile non caricare sempre al 100% il cellulare se non si ha bisogno di usarne l’intera capacità prima della successiva possibilità di ricarica.
Fonti
Luigi Piegari, Professore ordinario a tempo pieno presso il Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politenico di Milano
Fonte: ANSA
