Batterie al piombo (classiche)

La tecnologia delle batterie ha visto numerose evoluzioni negli anni, spinta dalla necessità di ridurre gli ingombri e le masse delle batterie stesse a parità di energia immagazzinata. Nonostante svariati tipi di batterie si siano presentati sul mercato nel corso degli anni (Nickel Cadmium, Nickel Metal Hydride, Lithium Ion, etc, etc), le batterie Piombo/Acido, dopo
oltre un secolo di onorato servizio, sono tuttora largamente utilizzate in diversi settori.
In particolare, nel settore automotive (batterie per avviamento e/o per trazione elettrica) e in quello marino questo genere di batterie e’ addirittura insostituibile grazie sostanzialmente ad un rapporto prezzo/prestazioni molto competitivo e ad una affidabilità estrememente elevata se utilizzate correttamente.

– Principi di funzionamento
Una qualsiasi batteria piombo/acido è internamente costituita da una serie di celle. Ad esempio, una batteria 12V si compone di 6 celle collegate in serie tra loro. Ciascuna cella è a sua volta composta da un elettrodo positivo (barra di biossido di piombo), da un elettrodo negativo (barra di piombo) e da un elettrolita(soluzione di acqua distillata e acido solforico) contenente ioni di zolfo (carichi negativamente) e ioni di idrogeno (carichi positivamente).
Quando la batteria viene collegata ad carico elettrico (ad esempio una lampadina), gli ioni si muovo verso i rispettivi elettrodi per cedere la loro carica elettrica. Pertanto, al crescere del livello di scarica della batteria, diminuirà la concentrazione di ioni nell’elettrolita.
Per contro, caricare la batteria inverte il processo di scarica sopra descritto dal momento che il piombo solfatato viene convertito in piombo e in ossido di piombo rispettivamente sull’elettrodo negativo e positivo della cella piombo acido.

A seguire una panoramica dei principali campi d’applicazione delle batterie piombo acido:

Avviamento(Starting):
Queste batterie (a volte chiamate anche SLI – Starting, Lighting, Ignition) sono generalmente impiegate per l’avviamento e il funzionamento dei motori a scoppio. Pertanto la caratteristica principale di queste batterie è proprio quella di essere in grado di fornire forti correnti dell’ordine diverse decine di Amperes per tempi relativamente brevi (secondi) durante l’avviamento di un motore a scoppio. Questo tipo di batterie sono caratterizzare dal presentare un elevato numero di elettrodi più o meno sottili al fine di massimizzare la superficie di contatto tra l’elettrodo stesso e l’elettrolita allo scopo di
fornire correnti elettriche anche molto intense per brevi periodi.

Cicliche (Deep Cycle):
Queste batterie sono specificatamente progettate per poter essere scaricate fino all’80% circa e trovano il loro impiego principale nel settore della trazione elettrica (si pensi ad esempio alle vetturette elettriche utilizzate nei campi da golf o ai carrelli elevatori). Hanno generalmente elettrodi meccanicamente più robusti rispetto alle batterie per avviamento per sopportare sia una maggior numero di cicli carica/scarica che scariche fino all’80% circa.

Marino:
Molte batterie per impiego marino sono una sorta di “ibrido” concaratteristiche intermedie tra le batterie per avviamento e quelle deep-cycle. Gli elettrodi sono generalmente più robusti rispettoalle batterie per avviamento anche se di spessore inferiore se paragonati alle batterie deep cycle. Solitamente i costruttori consigliano di non scaricarle oltre il 50%.

– Tempi di vita
Il tempo di vita di una batteria puo’ variare considerevolmente a seconda di diversi fattori; i piu’ importanti sono tuttavia il corretto impiego e la corretta manutenzione (ricarica). Tra i motivi principali che possono portare una batteria ad una morte prematura vi sono i seguenti:

 

  1. Lasciare inattiva la batteria (solfatazione per autoscarica). Una caratteristica da non sottovalutare di tutte le batterie piombo acido e’ quella di autoscaricarsi da sole, specialmente se non utilizzate per diverse settimane, se non addirittura mesi.  In questi caso, accade sovente che, nonostante si tenti piu’ volte di ricaricarla, non si riesca ad utilizzarla a pieno: la batteria si e’ infatti “solfatata”, ovvero gli elettrodi si sono rivestiti di cristalli a base di piombo-zolfo sufficientemente grandi e profondi da non poter piu’ essere rimossi durante il processo di ricarica. Tale processo (solfatazione) e’ praticamente irreversibile e condanna la batteria ad una fine prematura facilmente evitabile se la batteria fosse stata tenuta sempre al 95-100% della sua carica durante il periodo d’inutilizzo del carrello.
  2. Mantenere la batteria parzialmente scarica (solfatazione progressiva). Lasciare una batteria piombo-acido parzialmente scarica determina un accumulo progressivo nel tempo di cristalli a base di piombo-zolfo sufficientemente grandi e profondi da non poter piu’ essere rimossi durante il processo di ricarica. Questo processo che si genera all’interno della batteria prende il nome di solfatazione ed ha la caratteristica di essere praticamente irreversibile condannando la batteria ad una fine prematura facilmente evitabile qualora la batteria fosse stata tenuta sempre al 95-100% della sua carica.
  3. Scaricarle oltre il loro limite massimo (corrosione elettrodi). La scarica della batteria oltre il suo limite massimo e’ un altro serio “killer” dal momento che ogni volta che questa viene scaricata in questo modo, una frazione degli elettrodi si corrode andando a depositarsi sul fondo della batteria stessa.  Ovviamente questo determina una progressiva minore superficie di scambio tra l’elettrolita e l’elettrodo all’interno della batteria insieme ad una minore resistenza meccanica degli elettrodi stessi (in quanto corrosi).
  4. Sovraccarica (distruzione elettrolita). Sovracaricare la batteria e’ un’errore grave ed insidioso al tempo stesso in quanto i suoi effetti spesso non sono visibili per l’acquirente poco esperto che compra caricabatterie che caricano la batteria erogando una corrente costante indipendentemente dallo stato della batteria: se il caricabatterie fornisce alla batteria una corrente troppo elevata durante le varie fasi della carica questo causerà l’evaporazione in breve tempo (ore) dell’elettrolita nelle batterie standard (o sigillate MF) o la formazione di cavità (bolle di gas) nell’elettrolita gellificato nel caso delle batterie al Gel.

 

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