Batterie

Una batteria elettrica, chiamata anche cella secondaria, è un tipo di cella galvanica utilizzata per immagazzinare energia elettrica. Può essere utilizzato più volte e caricato con elettricità, cosa che lo distingue dal cosiddetto cellula primaria. Tutte le batterie di questo tipo accumulano e poi rilasciano energia grazie a reazioni chimiche reversibili che si verificano nell'elettrolita e nell'interfaccia tra l'elettrolita e gli elettrodi.

I primi tentativi di costruire dispositivi che oggi considereremmo prototipi di batterie risalgono alla fine del XVII e XVIII secolo. Nel 1800, il fisico italiano Alessandro Volta in una delle sue lettere al presidente della Royal Society di Londra si vantava delle capacità della cella galvanica costruita. Consisteva di due piastrelle rame o argento e stagno o zinco - immersi in una tazza di acqua salata. Questa struttura, chiamata in seguito pila di Volta, è oggi considerata l'inizio del funzionamento delle celle chimiche. La loro invenzione e il loro utilizzo come fonti di energia estremamente efficienti hanno permesso di fare numerose scoperte all'inizio del XIX secolo.

La prima batteria adatta alla produzione di massa fu creata nel 1802 dal chimico Dr. William Cruickshank. Va notato, tuttavia, che il dispositivo da lui sviluppato era del tipo a cella primaria, quindi non poteva essere ricaricato e riutilizzato. L'invenzione delle celle secondarie dovette attendere fino al 1859. Successivamente, il fisico francese Gaston Plant costruì una batteria riutilizzabile. Oggi questi dispositivi sono utilizzati in massa in diversi tipi di apparecchiature e entriamo in contatto con loro praticamente ogni giorno.

Principio della batteria

La batteria elettrica ha due cicli di lavoro. Il primo è in carica. Il dispositivo diventa quindi un ricevitore di energia. L'intero processo avviene all'interno della batteria, dove l'energia elettrica viene convertita in energia chimica. Successivamente inizia il secondo ciclo, che prevede il consumo di questa energia. Stiamo parlando del funzionamento a batteria. Il dispositivo diventa una fonte di corrente elettrica a seguito della conversione dell'energia chimica in energia elettrica, che si traduce nella scarica graduale della cella secondaria.

Il parametro fondamentale di ogni cella è la sua capacità, ovvero la capacità di immagazzinare una carica elettrica. Questo valore è espresso in ampere-ora (Ah). Le reazioni chimiche reversibili, che sono la base per il funzionamento delle batterie, non solo caricano il dispositivo e ne consentono il funzionamento, ma portano anche a reazioni collaterali che fanno sì che l'apparecchiatura perda le sue proprietà dopo un certo tempo.

Tipi base di batterie

Esistono almeno diversi tipi di batterie, che differiscono per la composizione dell'elettrolita e la struttura degli elettrodi. Si possono distinguere, tra gli altri: batterie al piombo, chiamate anche batterie Plantego. Nel loro caso, il ruolo dell'elettrolita è svolto da una soluzione di acido solforico. A loro volta, gli elettrodi sono realizzati in piombo con vari additivi sotto forma di rete (elettrodo negativo) e ossido di piombo (IV) PbO₂ immobilizzato su un telaio di piombo (elettrodo positivo). Questo tipo di dispositivo viene solitamente utilizzato nelle automobili.

L'indubbio vantaggio delle batterie al piombo è la possibilità di scaricarsi con una corrente elevata per breve tempo, la semplicità del sistema di ricarica e il prezzo basso in rapporto alla capacità. Tuttavia, il peso del prodotto per unità di capacità potrebbe rivelarsi problematico.

Batterie agli ioni di litio

Un altro esempio di batterie sono le celle agli ioni di litio (spesso denominate ioni di litio). Nel loro caso, gli elettrodi sono costituiti da carbonio poroso e ossidi metallici e l'elettrolita è costituito da sali di litio chimicamente complessi disciolti in una miscela di solventi organici. Tipicamente, le batterie di questo tipo hanno una tensione di 3,6 V per cella. Attualmente vengono utilizzati per alimentare i dispositivi mobili — smartphone, laptop, tablet, ecc. Negli ultimi anni è aumentata la domanda di pacchetti più grandi di celle agli ioni di litio, utilizzate per alimentare i veicoli elettrici. Sono anche utilizzati sperimentalmente nell'industria aeronautica.

Un tipo speciale di batterie agli ioni di litio sono le celle ai polimeri di litio (Li-Po). In essi, l'elettrolita liquido viene sostituito con un elettrolita polimerico solido, costituito, ad esempio, da spugne a base di poliacrilonitrile. Questo tipo di tecnologia consente la realizzazione di celle flessibili, sottili ed estremamente flessibili. D'altra parte non sono molto resistenti al sovraccarico e tali dispositivi vengono utilizzati in piccoli dispositivi portatili. fotocamere, telefoni cellulari e tutti i lettori multimediali.

Batterie Ni-Cd e Ni-Zn

Vale anche la pena menzionare le batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd), i cui elettrodi sono costituiti da ossido basico di nichel (III) NiO(OH) e cadmio metallico. Fino a poco tempo fa erano molto popolari e utilizzati in modo massiccio per alimentare dispositivi portatili. Attualmente, a causa della loro maggiore capacità, vengono sostituite dalle già citate celle ai polimeri di litio e dalle batterie al nichel-metallo idruro, ovvero una versione migliorata dei dispositivi basati su elettrodi di nichel e cadmio. In questo caso, il ruolo dell'elettrolita è svolto da una struttura spugnosa satura di sostanze alcaline e da un catalizzatore chimicamente complesso. Le batterie hanno una lunga durata.

Un altro tipo di batterie sono le celle al nichel-zinco (Ni-Zn), che sono una versione migliorata dei dispositivi Ni-Cd. In questo caso gli elettrodi sono realizzati, come suggerisce il nome, in nichel e zinco. Si tratta di un prodotto piuttosto popolare, principalmente sotto forma di piccole batterie utilizzate per alimentare dispositivi semplici. La cella è relativamente economica, efficiente, anche se caratterizzata da un numero ridotto di cicli di ricarica.

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