Pile, batterie, accumulatori
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Generalità

Da quando, nel 1800, Alessandro Volta riuscì nell'impresa di convertire energia chimica in energia elettrica, i dispositivi di accumulo energetico in forma elettrica, hanno subito e continuano a subire diverse evoluzioni alla ricerca di migliori prestazioni in spazi sempre più esigui.

L'obiettivo che si pone questo articolo, è di effettuare una panoramica del quadro attuale nel settore, che sta ormai sconfinando al di fuori dei limiti e dei concetti tradizionali che abbiamo quando parliamo di batterie: basti pensare alle celle a combustibile o ai supercondensatori.

Innanzitutto un chiarimento terminologico: nel linguaggio comune i termini pila, batteria, accumulatore vengono usati indifferentemente come sinonimi; in realtà con il termine pila si intende un generatore elettrochimico cosiddetto primario, cioè non ricaricabile , mentre con il termine accumulatore si intende un generatore elettrochimico cosiddetto secondario, cioè ricaricabile . Entrambi questi due tipi di generatori sono costituiti da uno o più elementi in serie che costituiscono quella che viene chiamata batteria, termine quindi che si adatta sia alle pile che agli accumulatori.

Fig. 1 – Batterie a piastre piane per applicazioni di sicurezza (FIAMM)

Caratteristiche tecniche e non

Le principali caratteristiche che contraddistinguono una batteria e che è necessario conoscere per effettuare una scelta ed un dimensionamento elettrico-temporale-economico-ambientale per l'alimentazione di un qualsiasi carico, sono le seguenti:

•  Tensione (V): valore nominale di un elemento moltiplicato per il numero degli elementi della batteria;

•  Capacità (Ah): quantità di elettricità scaricabile con modalità specificate (es. una batteria con capacità di 2 Ah è in grado di fornire continuativamente una corrente di 2 A per 1 ora, oppure una corrente di 1 A per 2 ore, o ancora una corrente di 0,5 A per 4 ore, etc.);

•  Energia specifica riferita al volume (Wh/m3) o riferita al peso (Wh/kg): è la quantità di energia espressa in wattora fornibile dalla batteria, messa in relazione o allo spazio occupato dalla stessa od al suo peso. E' chiaramente un fattore estremamente importante nei casi in cui (praticamente tutti) si voglia ottenere un alto livello energetico in poco spazio e contenendo il peso (pensate solamente alle batterie per dispositivi da trasportare come i computer portatili, i cellulari, etc., ma anche alle batterie per trazione);

•  Caratteristiche di ricaricabilità: innanzitutto se la batteria è ricaricabile o meno, poi i tempi dell'eventuale ricarica e la presenza o meno dell'effetto memoria, cioè dei problemi che sorgono a causa di ricariche troppo frequenti a bassa intensità di corrente oppure se ci si dimentica di scaricare per troppo tempo le batterie completamente cariche. In questi casi la durata della batteria si può ridurre addirittura del 90% perché aumenta la resistenza interna e quindi la tensione scende rapidamente quando la batteria è sotto carica;

•  Durata: si esplica nel numero di cariche e scariche che la batteria è in grado di fornire, senza che il suo livello di tensione scenda al di sotto di un valore non più in grado di alimentare il carico prestabilito;

•  Impatto ambientale: conoscere le modalità di smaltimento della batteria utilizzata, quando giunge al termine del suo ciclo di vita;

•  Costo : deve essere ovviamente valutato il costo della batteria (in relazione alla sua durata) per poter operare una scelta oculata;

•  Sicurezza di impiego: deve essere valutato anche il rischio di impiego delle batterie (ad esempio si sa che durante i cicli di ricarica delle batterie al piombo dei carrelli elevatori in ambito industriale, viene sviluppato idrogeno e deve essere quindi essere valutato il conseguente pericolo di esplosione);

Fig. 2 – Struttura interna di una batterie al piombo (COBAT)

continua...