Batteria

La chimica all'interno di una batteria

Una batteria può essere composta da una cella o da molte celle. Ogni cella ha un anodo, un catodo e un elettrolita. L'elettrolita è il materiale principale all'interno della batteria. È spesso un tipo di acido e può essere pericoloso da toccare. L'anodo reagisce con l'elettrolita per produrre elettroni (questa è l'estremità negativa o -). Il catodo reagisce con l'elettrolita e prende elettroni (questa è l'estremità positiva o +). Una corrente elettrica avviene quando un filo collega l'anodo al catodo, e gli elettroni si muovono da un'estremità all'altra. (Ma una batteria può essere danneggiata solo da un filo che collega le due estremità, quindi è necessario anche un carico tra le due estremità. Il carico è qualcosa che rallenta gli elettroni, e di solito fa qualcosa di utile, come una lampadina in una torcia, o l'elettronica in una calcolatrice).

L'elettrolita può essere liquido o solido. Una batteria è chiamata batteria a celle umide o a celle secche, a seconda del tipo di elettrolita.

Le reazioni chimiche che avvengono in una batteria sono reazioni esotermiche. Questo tipo di reazione produce calore. Per esempio, se lasci il tuo computer portatile acceso per molto tempo e poi tocchi la batteria, questa sarà calda o bollente.

Una batteria ricaricabile si ricarica invertendo la reazione chimica che avviene all'interno della batteria. Ma una batteria ricaricabile può essere ricaricata solo un certo numero di volte (durata di ricarica). Anche le batterie integrate non possono essere ricaricate per sempre. Inoltre, ogni volta che una batteria viene ricaricata, la sua capacità di mantenere la carica diminuisce un po'. Le batterie non ricaricabili non dovrebbero essere caricate perché possono fuoriuscire varie sostanze nocive, come l'idrossido di potassio.

Le celle possono essere collegate per fare una batteria più grande. Collegare il positivo di una cella al negativo della cella successiva si chiama collegarle in serie. La tensione di ogni batteria viene sommata. Due batterie da sei volt collegate in serie faranno 12 volt.

Collegare il positivo di una cella al positivo dell'altra e il negativo al negativo si chiama collegarle in parallelo. La tensione rimane la stessa, ma la corrente viene sommata. La tensione è la pressione che spinge gli elettroni attraverso i fili, si misura in volt. La corrente è la quantità di elettroni che possono passare contemporaneamente, si misura in ampere. La combinazione di corrente e tensione è la potenza (watt = volt x ampere) della batteria.

Batterie collegate in parallelo - mostrate in uno schema e in un disegno

Dimensioni della batteria

Le batterie sono disponibili in molte forme, dimensioni e tensioni diverse.

Le pile AA, AAA, C e D, comprese le pile alcaline, sono di dimensioni e forme standard e hanno circa 1,5 volt. Il voltaggio di una cella dipende dalle sostanze chimiche utilizzate. La carica elettrica che può fornire dipende da quanto è grande la cella, così come le sostanze chimiche. La carica che una batteria fornisce è di solito misurata in ampere-ora. Poiché la tensione rimane la stessa, più carica significa che una cella più grande può fornire più ampere o funzionare più a lungo.

Storia

La prima batteria fu inventata nel 1800 da Alessandro Volta. Al giorno d'oggi, la sua batteria è chiamata pila voltaica.

Nelle piccole batterie moderne, il fluido è immobilizzato in una specie di pasta e il tutto è messo in un contenitore sigillato. Grazie a questo involucro, nulla può fuoriuscire dalla batteria. Le batterie più grandi, come quelle delle automobili, hanno ancora del liquido all'interno e non sono sigillate. Un tipo di batteria che usa sali fusi come elettrolita fu inventato durante la seconda guerra mondiale.

Tipi di batterie

• Celle a secco, celle che non contengono un liquido (o contengono un liquido immobilizzato come una pasta o un gel) come elettrolita
• Cella primaria, celle che non possono essere ricaricate
• Batteria alcalina, "alcalina", non ricaricabile
• Batteria al mercurio, non ricaricabile
• Batteria Leclanche, "super heavy duty", non ricaricabile
• Batteria al litio, non ricaricabile, "coin cell"
• Batteria all'ossido di argento, non ricaricabile, batteria da orologio
• Pila Voltaic, Allesandro Voltas prima batteria
• Cella secondaria, celle che possono essere ricaricate
• Batteria al piombo acido sigillata
• Batteria agli ioni di litio, ricaricabile, usata nei telefoni cellulari e nei computer portatili
• Batteria al nichel-cadmio, "NiCd", ricaricabile
• Batteria nichel-metallo-idruro, "NiMH", ricaricabile
• Batteria nichel-zinco

• Celle umide, celle che contengono liquido come elettrolita
• Batteria al piombo, ricaricabile, batteria per auto
• Batteria al nichel-ferro, ricaricabile, batteria Edison
• Cella a combustibile, ricaricata con l'aggiunta di carburante

Vista dall'alto della batteria dell'auto

Alternative alle batterie

Le celle a combustibile e le celle solari non sono batterie perché non immagazzinano l'energia al loro interno.

Un condensatore non è una batteria perché non immagazzina l'energia in una reazione chimica. Un condensatore può immagazzinare elettricità e creare elettricità molto più velocemente di una batteria, ma di solito costa troppo per renderlo grande come può essere una batteria. Scienziati e ingegneri chimici stanno lavorando per creare condensatori e batterie migliori per le auto elettriche.

Piccoli generatori elettrici azionati a mano e a piedi possono fornire energia in piccoli dispositivi elettrici. Le radio a orologeria, le torce a orologeria e dispositivi simili hanno anche una molla di carica per immagazzinare energia meccanica.