Ormai siamo letteralmente circondati da dispositivi elettronici. Oggetti che portiamo sempre con noi e che hanno modificato lo stile di vita di milioni di persone. Quasi tutti – e ormai è un dato di fatto – possediamo infatti un cellulare (pardon, uno smartphone) e altri apparecchi portatili alimentati a batteria. Ma tanta è stata l’evoluzione tecnologica propria dei dispositivi quanto ridotta è stata quella che ha accompagnato i miglioramenti nelle tecnologie di stoccaggio dell’energia. In questo articolo andremo a ripercorrere le tappe fondamentali che hanno portato l’industria informatica allo stallo attuale, quando le richieste energetiche dei dispositivi e degli utenti non riescono a essere soddisfatte dalla tecnologia disponibile e vedremo cosa ci riserva il futuro e in quali campi la ricerca si sta muovendo di più.
di Davide Piumetti
Negli ultimi 20 anni abbiamo infatti assistito a due fenomeni distinti: a un primo periodo di grandi miglioramenti si è passati da modelli caratterizzati da peso e dimensioni davvero eccessivi a dispositivi piccolissimi resi possibili da una corsa alla miniaturizzazione dei componenti mai vista prima, è succeduto un secondo periodo caratterizzato da una tendenza opposta.
In un secondo momento, con l’evoluzione tecnologica che ha portato gli schermi a colorarsi, alla comparsa di fotocamere e della connettività Internet, i dispositivi sono tornati a crescere in dimensioni, trainati soprattutto dal crescere dello schermo frontale. Il peso, con gli utenti ormai abituati a dispositivi nell’intorno dei 100 grammi, è però rimasto uno dei punti fermi di questi prodotti, che hanno iniziato a subire il freno di una tecnologia di alimentazione non più adeguata, visto e considerato il fatto che le batterie sono il componente interno dei dispositivi elettronici dal maggior peso relativo, e condizionano pesantemente quello totale del prodotto. A questo punto è facile comprendere come ci siano due bisogni contrastanti, quello di una batteria più grande per via del maggior consumo energetico dei prodotti moderni e quello di una batteria più piccola (e leggera) per non incidere troppo sul peso finale.
Con la tecnologia attuale è infatti impossibile immagazzinare una quantità di energia infinita in uno spazio ridotto, e le varie tipologie di batterie in commercio hanno dei valori massimi, ben definiti di quantità di energia immagazzinabile per unità di peso e di volume.
Per accumulare energia è di conseguenza necessario spazio e peso, con le tecnologie attuali siamo ormai arrivati a un vicolo cieco che permette ai costruttori di fare solo dei piccoli miglioramenti e non salti tecnologici assoluti come sarebbe invece necessario.
Servizi migliori, batterie più potenti: spesso si tende a credere che i servizi offerti in ambito mobile siano limitati solo dalla velocità di connessione o dalla potenza del processore. Nella maggior parte di casi ciò che limita maggiormente i servizi offerti è invece la durata della batteria. I processori mobile sono infatti ormai talmente potenti da poter fare ben più di ciò che oggi gli è permesso loro eseguire. Il consumo energetico con servizi avanzati attivi è infatti un parametro che limita troppo il funzionamento mobile per essere seriamente preso in considerazione dai produttori e dagli sviluppatori. Disporre di servizi avanzati, con cui essere sempre connessi e sempre aggiornati, sarebbe bellissimo, ma se poi la batteria offre un’autonomia di qualche decina di minuti il gioco non vale la candela. Quindi per servizi migliori è necessario avere batterie migliori.
A oggi con utilizzi medi la maggior parte degli utenti smartphone ricarica il proprio terminale ogni sera. Qualche anno fa si caricava il cellulare una o due volte alla settimana, da qui si può capire come l’evoluzione tecnologica delle batterie non sia stata alla pari di quella relativa alle prestazioni.
Nel seguito vogliamo proprio indagare a fondo nel settore, accompagnandovi in un percorso che parte dello stato dell’arte attuale, spiegando come funzionano e in parte come sono costruite le batterie dei moderni dispositivi mobile e proseguendo poi con uno sguardo alle tecnologie che vedremo sul mercato nei prossimi anni. Nella parte finale daremo invece una visione a più largo spettro sulle più promettenti tecnologie in via di sviluppo nei più avanzati laboratori di ricerca del mondo.
Batteria? No, accumulatore
La terminologia corretta, parlando degli oggetti che alimentano la maggior parte dei dispositivi mobile, non è pila o batteria, ma accumulatore elettrico. La differenza è sostanziale: una pila (o batteria) è un dispositivo in grado di convertire energia chimica in energia elettrica, modificando la propria composizione con il passare del tempo generando una corrente elettrica sfruttabile “una tantum”.
Un accumulatore elettrico è invece un dispositivo che assorbe al proprio interno energia elettrica rilasciandola quando necessario, e che può essere caricato e scaricato più volte. Viene comunemente chiamato “pila (o batteria) ricaricabile”.
Viene da sé che tutte le “batterie” presenti nei telefoni cellulari sono in realtà degli accumulatori elettrici, offrendo ovviamente la possibilità di essere ricaricate una volta esaurita la carica iniziale.
La distinzione aiuta a capire che le moderne batterie mobili non sfruttano leggi chimiche producendo energia al proprio interno, ma sono delle semplici “spugne” che assorbono l’energia elettrica che gli viene fornita e la restituiscono per gradi quando necessario.
Per misurare questa capacità di accumulare e restituire carica elettrica sono necessarie delle unità di misura dedicate, che aiutano a capire meglio il comportamento, i pregi e i difetti delle differenti tipologie di prodotti. Se per le pile si devono utilizzare concetti relativi alla chimica per le batterie ricaricabili è sufficiente una conoscenza base dell’elettrotecnica.(…)
Estratto dell’articolo pubblicato sul numero 270 di PC Professionale