Dieci miti da sfatare sulle batterie agli ioni di litio

Che lo si voglia o no, lo smartphone è “croce e delizia” della nostra quotidianità. Dove il ruolo della “croce” è sostenuto in gran parte dall’autonomia della batteria. In più, la progressiva scomparsa delle batterie rimovibili, ha spianato la strada per nuove apprensioni sulla durata totale della vita degli accumulatori che vanno a sommarsi a quelle più ovvie sulla durata della singola carica (che sembra non bastare mai). Queste perplessità, unite ad una certa omertà da parte dei produttori (sempre piuttosto vaghi sull’argomento), hanno portato alla nascita di fattoidi e presunti rimedi miracolosi che perlopiù sono falsi, inutili e, a volte, addirittura dannosi. Quindi cerchiamo di fare chiarezza e capire se ci può essere anche qualche fondo di verità nei “dieci miti da sfatare sulle batterie agli ioni di litio”:

Mito #1: E’ necessario scaricare del tutto una batteria al litio per correggere l’effetto “memoria”

Origine del mito: questo mito ha radici antichissime (si fa per dire) e deriva dalle caratteristiche elettrochimiche delle prime batterie ricaricabili disponibili per il mercato consumer: le nichel-cadmio [NiCd]. Questo tipo di accumulatori (e in piccola parte anche le successive nichel-metallo idruro [NiMH]) soffrono di quello che viene comunemente chiamato “effetto memoria”: in pratica, se vengono ricaricate prima della scarica completa, sembrano “ricordare” (da qui il nome) il punto in cui è iniziata la ricarica e forniscono energia solo fino al raggiungimento di quel punto [in realtà anche questo sembra essere un mito a sua volta, ma non divaghiamo]. Si può rimediare a questo inconveniente scaricando completamente le batterie NiCd, prima di metterle in carica, così che “memorizzino” il punto corretto in cui saranno davvero scariche.

FALSO! Le batterie NiCd sono state impiegate solo agli albori della telefonia mobile e anche le NiMH sono in disuso da tempo: oggi usiamo batterie agli ioni di litio [Li-Ion] che non hanno effetto memoria e quindi possono essere ricaricate a qualsiasi livello di percentuale senza che la durata della carica successiva ne risenta.

Anzi, in certe situazioni (occhio: solo in “certe situazioni”), scaricare completamente una batteria al litio ne può compromettere il funzionamento. Ne parliamo nel prossimo mito.

Mito #2: Scaricare del tutto una batteria al litio la può danneggiare irreparabilmente

Origine del mito: se la differenza di potenziale tra gli elettrodi di un accumulatore Li-Ion è troppo bassa, si verifica il graduale dissolvimento del rame (anodo) che, ramificandosi attraverso l’elettrolita, si avvicina pericolosamente al catodo. Questo avvicinamento determina un inevitabile ed irreversibile calo del rendimento della batteria e, nei casi limite in cui il rame arrivi a toccare il catodo, può causare cortocircuiti, rigonfiamenti ed esplosioni.

Per evitare questi pericolosi inconvenienti le batterie hanno un circuito di protezione che ne impedisce definitivamente la ricarica se la differenza di potenziale è scesa al di sotto di 2 Volt: esplosioni scongiurate, ma la batteria è comunque da buttare.

FALSO! Cioè, precisiamo: quanto descritto sopra è verissimo! Tuttavia non può accadere con un uso normale del telefono.

Prima di tutto è importante sapere che l’indicatore del nostro smartphone è tarato per... mentire: uno stato di carica dello 0% non corrisponde a 0 Volt, come sarebbe intuitivo pensare, ma a circa 2,8 Volt (valore di soglia indicativo che può variare a seconda della potenza della batteria), voltaggio che garantisce alla batteria di rimanere in ottima salute, anche se ci si dimentica di ricaricarla per un po’.

Inoltre di solito il dispositivo si spegne automaticamente prima di raggiungere lo 0%. Questa soglia di auto-spegnimento varia a seconda del modello del telefono, della capacità della batteria e delle scelte dei produttori: alcuni tendono a tenere questo valore alto per lasciare un minimo di carica che consenta almeno una rapida riaccensione, altri preferiscono tenerlo basso per dare la percezione che la carica sia durata il più a lungo possibile.

Questo mito può diventare realtà solo nel caso si debba tenere il dispositivo spento per molto tempo: bisogna ricordare che, anche in assenza di assorbimento, un accumulatore Li-Ion perde circa il 2% di carica al mese e, se non si fa attenzione, può succedere che la tensione scenda al di sotto dei fatidici 2 Volt visti sopra, causando l’irreparabile dipartita della batteria.

E’ difficile che succeda: di solito cerchiamo di sfruttare i nostri smartphone il più possibile prima che ne sopraggiunga l’obsolescenza, ma in caso ci sia la necessità di tenerli nel cassetto per lungo tempo, è meglio ricordarsi di ricaricarli di tanto in tanto.

Mito #3: Le batterie al litio si possono danneggiare se il caricabatterie rimane collegato troppo a lungo dopo aver completato la ricarica

Origine del mito: anche un’eccessiva carica delle batterie al litio può provocarne il danneggiamento permanente. La reazione chimica avviene in senso opposto rispetto a quanto visto nel punto precedente, ma i danni che ne possono derivare sono del tutto analoghi.

FALSO! E’ impossibile sovraccaricare una batteria al litio (beninteso: se si utilizzano gli strumenti messi a disposizione dal produttore): il circuito di ricarica interno allo smartphone interrompe la corrente proveniente dal caricabatterie quando la carica raggiunge il 100% che, normalmente, corrisponde a 4,2 Volt. Tensione sufficientemente inferiore a quella in grado di danneggiare la batteria in modo permanente.

Quello che succede dopo dipende dagli accorgimenti tecnologici adottati per mantenere la carica al livello raggiunto. In alcuni casi si sceglie di lasciar scendere il livello di uno o due punti percentuali prima di riprendere l’erogazione della corrente. In altri si preferisce commutare il circuito di ricarica in una particolare modalità impulsiva che fornisce piccoli quantitativi di corrente di tanto in tanto.

Ma in nessun modo verrà superato il valore massimo previsto, anche lasciando collegato il caricabatterie per giorni interi.

Mito #4: Bisogna lasciare in carica il telefono almeno X ore prima di procedere al primo utilizzo

Origine del mito: anche in questo caso si tratta di un retaggio derivante dal funzionamento delle batterie basate sul nichel. Gli accumulatori di questo tipo infatti hanno bisogno di una carica iniziale più lunga del solito per consentire alle celle di allinearsi e fornire tutte lo stesso livello di energia. In caso contrario la durata delle prime cariche può non essere ottimale e l’utente ne ricava un’impressione iniziale deludente. Il problema tende comunque a risolversi naturalmente dopo 5-7 cicli di ricarica.

FALSO! I produttori spergiurano che le batterie agli ioni di litio non hanno bisogno di questo accorgimento e sono già pronte per l’uso al momento dell’acquisto. C’è da fidarsi? Non lo so, ma osservando il principio di funzionamento del circuito di ricarica del telefono [vedi mito precedente], sembrerebbe del tutto irrilevante lasciare il caricabatterie collegato più a lungo dopo che si è già raggiunta la carica completa.

Mito #5: Bisogna effettuare una carica completa prima di procedere al primo utilizzo

Origine del mito: al momento dell’acquisto lo stato di carica di uno smartphone è solo parziale. Se l’utente inizia ad usarlo da subito, può vivere un’esperienza non ottimale in quanto il telefono si scarica in breve tempo (anche perché le operazioni richieste al primo avvio sono abbastanza avide di risorse). Inoltre c’è la convinzione diffusa che se si inizia ad usare lo smartphone in uno stato di carica parziale, l’indicatore di carica non sia in grado di riportare fedelmente la percentuale corretta [per questo vedi anche il mito successivo sulla "calibrazione"].

FALSO! Beh qui non c’è molto da dire. Non è assolutamente necessario effettuare una ricarica completa prima del primo utilizzo, ma ovviamente non si deve andare nel panico se la durata della prima carica risulta troppo breve.

Mito #6: Ogni tanto è necessario effettuare la “calibrazione” della batteria perché l’indicatore di carica visualizzi la percentuale corretta

Origine del mito: incerta. Non si sa bene da dove nasca questo mito. Forse [come suggerisce CUB3 nei commenti] per un'analogia con il mondo dei PC portatili dove esistono reali procedure per favorire l'auto-calibrazione delle batterie.

Di certo c’è che il web straborda di guide su come ricalibrare correttamente questo o quel modello di smartphone, purtroppo anche in siti di comprovata qualità. Alcune procedure sono davvero spassose: “spegni il telefono - caricalo completamente, se possibile per tutta la notte - scollega il caricabatterie - attendi 30 secondi - scollega la batteria [e se non è rimovibile che faccio? smonto il telefono?] - attendi 3 minuti - ricollega la batteria - accendi il telefono”... manca solo “fai una giravolta” e “recita un mantra al dio Duracell dell’energia” e poi la farsa sarebbe completa.

Ma la cosa più sorprendente è che i forum sono pieni di utenti che ringraziano commossi, affermando che la calibrazione ha definitivamente risollevato le prestazioni della propria batteria. Autosuggestione? Effetto placebo? Mah!

FALSO! Intanto va detto che "calibrazione della batteria" è di per sé un'espressione inesatta: le batterie degli smartphone sono oggetti "stupidi" e non si possono calibrare. Fanno eccezione le batterie "smart" che in effetti hanno la capacità di auto-calibrarsi, ma sono dispositivi ben più complessi che è possibile trovare solo nei notebook. Quello che i guru della calibrazione sostengono è che il sistema possa in qualche modo adattarsi e riconoscere la progressiva riduzione della capacità delle batterie dovuta all'invecchiamento.

E' importante sapere che il sistema operativo non si occupa affatto di calcolare la percentuale di carica rimanente (sarebbe troppo complicato gestire tutti i modelli di smartphone e di batterie in circolazione), ma riceve questo dato già bello e pronto dall’hardware. Pertanto tutte le affermazioni del tipo:

• “questo aggiornamento del software di sistema migliora la precisione dell’indicatore di carica”,
• “questa o quella ROM migliora la precisione dell’indicatore di carica”,
• "è necessaria la calibrazione ogni qualvolta venga flashata una nuova ROM",
• “per effettuare la calibrazione svuotare la cache e/o cancellare il file xyz”,
• "questa app consente di calibrare la batteria",

vanno considerate prive di qualsiasi fondamento!

Ogni smartphone è dotato di un chip dedicato in grado di ricavare la percentuale di carica dai parametri che riceve dalla batteria: gli algoritmi utilizzati sono piuttosto complessi [e, ovviamente, segretissimi], ma in soldoni si basano sulla proporzionalità che esiste tra il voltaggio erogato e lo stato di carica.

Una delle difficoltà sta nel fatto che la curva di scarica delle batterie al litio non è lineare [vedi figura], pertanto non è possibile fare riferimento ad equazioni classiche, ma è necessario utilizzare una tabella di corrispondenza tra i valori in gioco. Questa tabella, basata sui valori medi di una batteria in buona salute, viene memorizzata nel chip in fase di prototipazione del dispositivo: è questa l'unica “calibrazione" che c'è e viene effettuata in fabbrica.

Quello che succede, quando le batterie sono vecchiotte, è che la curva di scarica vista sopra tende a “schiacciarsi” verso destra: cioè la tensione scende molto più rapidamente all’avvicinarsi della scarica completa.

In questi casi la tabella di riferimento Volt -> percentuale, di cui abbiamo parlato, non tiene conto dell’invecchiamento della batteria e possono verificarsi inconvenienti come, ad esempio, lo spegnimento automatico del cellulare quando l’indicatore segna ancora il 10-15% di carica disponibile.

In questo grafico, tratto da uno studio di Texas Instruments, si può notare come l'errore di rilevazione dello stato di carica [SoC - State of Charge] aumenti con l'età della batteria [cycles] e come risulti più macroscopico quanto più la percentuale di carica disponibile si avvicini allo zero.

Il pio desiderio dei sostenitori della “calibrazione” è che, grazie a rituali più o meno bizzarri, la tabella di riferimento possa auto-rigenerarsi imparando a riconoscere la nuova curva di scaricamento. Sfortunatamente non è così. Come del resto è stato già confermato da un ingegnere di Google in un post non ufficiale. Ma questo ha tutta l’aria di essere un mito difficile da scalzare!

Mito #7: Caricare il telefono da spento migliora le performance e/o la vita della batteria

Origine del mito: sconosciuta.

FALSO! La mancanza di assorbimento consente, ovviamente, di accorciare i tempi di ricarica, ma non c’è nessuna evidenza che questo possa in qualche modo giovare alla batteria.

Alcuni consigliano di spegnere il telefono durante la ricarica se si ha poco tempo a disposizione prima di uscire di casa, ma anche questo vantaggio è piuttosto effimero: la riaccensione assorbe molta energia, quasi certamente più di quanto non se ne sia guadagnata.

C’è anche chi sostiene che questo accorgimento possa in qualche modo “migliorare la calibrazione della batteria” [vedi mito precedente] perché resetta le statistiche di utilizzo, ma in realtà le statistiche vengono azzerate quando si raggiunge la carica completa, non quando lo smartphone viene spento. E comunque abbiamo già affrontato l’inutilità di questo tema.

Mito #8: Per garantire lunga vita alle batterie al litio è necessario conservarle in frigorifero a 0 gradi

Origine del mito: sì, lo so che non state credendo ai vostri occhi… e nemmeno io quando ho letto questa assurdità. Ed è presente in molti siti blasonati [non riporto i link per rispetto del lavoro altrui].

E' possibile che il mito abbia origine da un'errata interpretazione di questa tabella pubblicata nel sito della Battery University:

In cui si legge chiaramente che una batteria al litio, se conservata a temperatura ambiente, perde il 4% della sua capacità totale dopo un anno, ma solo (!) il 2% se conservata a zero gradi.

FALSO! Ora, se lo dicono quelli della Battery University, sicuramente c’è da fidarsi. Ma è logico che affermazioni di questo tipo hanno uno scopo esclusivamente didattico: non vanno intese come consigli di comportamento! Se per assurdo i test avessero dimostrato che le batterie preservano il 100% della capacità a 180°C, ne avremmo dedotto che sarebbe meglio conservarle in un forno acceso?

Ad ogni modo, non fatelo! Inevitabilmente piccole gocce di umidità cristallizzerebbero aumentando di volume danneggiando irreparabilmente i componenti dell’accumulatore. E invece di un effimero 2% in più, vi trovereste con un bel 100% in meno.

C’è la speranza che il progressivo abbandono delle batterie rimovibili faccia naturalmente svanire questo mito (sempre che il buon senso possa impedire di mettere in freezer la batteria con tanto di smartphone intorno).

Mito #9: Metterle in carica al 20%, toglierle dalla carica all’80%, prolunga la vita delle batterie al litio

Origine del mito: anche in questo caso bisogna tirare in ballo la Battery University, in particolare l’articolo “How to prolong lithium-based batteries”, dove una tabella illustra il numero di cicli massimi sopportabili da una batteria al litio in funzione della “profondità di scarica” [Depth of Discharge].

FALSO! Sarà anche vero che restringere l’intervallo di carica/scarica aumenta il numero di cicli totali sopportabili dalla batteria, ma del resto è piuttosto ovvio visto che si tratta di cicli più corti.

Già la carica delle batterie dura troppo poco, non mi sembra il caso di rinunciare volontariamente anche ad un ulteriore 40%.

Inoltre, sempre seguendo quella tabella, sembrerebbe ancora meglio ridurre al 10% la DoD quindi perché non “mettere in carica al 45% e togliere dalla carica al 55%”? Ovviamente perché sarebbe assurdo.

Il messaggio della Battery University, anche in questo caso, non va preso alla lettera: la corretta interpretazione è “le batterie al litio preferiscono cicli di carica/scarica corti e frequenti invece di cariche/scariche complete”. Ma... vediamo di non perderci la testa.

Mito #10: Trattare “bene” le batterie al litio ne prolunga sostanzialmente la vita

Origine del mito: questo non è un vero e proprio mito, si tratta solo di trarre le dovute conclusioni da tutto quanto detto finora.

FALSO! Sicuramente (miti a parte) avere cura della propria batteria, limitando le situazioni di stress estremo, può avere un minimo impatto sulla sua longevità. Ma di certo non si tratta di un prolungamento “sostanziale”. Quindi, probabilmente, è inutile stare a preoccuparsi troppo.

E’ triste, ma nonostante tutto il nostro impegno, la nostra adorata batteria Li-Ion, prima o poi, ci abbandonerà. Potranno essere due o tre anni se la useremo intensamente, tre o quattro se la spremeremo un po’ di meno. Addirittura il suo destino è segnato anche se non la useremo proprio per niente!

L'unica consolazione è che non morirà di colpo, ma subirà un lento deperimento (iniziato già dal primo utilizzo) che piano piano la porterà a reggere capacità sempre inferiori fino a renderla inutile.

Non sono sicuro di essere riuscito a smantellare tutti i miti esaminati, ma spero almeno che questo articolo abbia contribuito a chiarirci un po' le idee a rendere più serena la convivenza con le nostre batterie al litio.