Composizione della Batteria al Piombo-Acido
Le batterie al piombo-acido sono batterie secondarie (ricaricabili) composte da un contenitore, due piastre di piombo o gruppi di piastre, una positiva e l’altra negativa, e un riempimento di acido solforico al 37% (H2SO4) come elettrolita. Queste batterie contengono l’elettrolita liquido in un contenitore non sigillato, richiedendo quindi di essere mantenute in posizione verticale e in un’area ben ventilata per garantire una sicura dispersione del gas idrogeno prodotto durante la sovraccarica. Le batterie al piombo-acido hanno tipicamente efficienze coulombiche dell’85% e efficienze energetiche nell’ordine del 70%.
Reazioni Chimiche e Materiali Attivi
Il piombo e il biossido di piombo, i materiali attivi sulle piastre della batteria, reagiscono con l’acido solforico nell’elettrolita formando solfato di piombo. Il solfato di piombo si forma inizialmente in uno stato finemente suddiviso e amorfo, e facilmente ritorna a piombo, biossido di piombo e acido solforico quando la batteria viene ricaricata.
Caratteristiche e Svantaggi
La batteria al piombo-acido è relativamente pesante per la quantità di energia elettrica che può fornire. Il suo basso costo di produzione e i suoi alti livelli di corrente di picco la rendono comune dove la capacità (oltre circa 10 Ah) è più importante di peso e problemi di gestione. Tuttavia, questa chimica della batteria è molto sensibile ai cicli di scarica profonda rispetto ad altri sistemi di batterie, e a causa dell’alta densità del piombo, l’energia specifica delle batterie è piuttosto bassa.
Applicazioni e Durata
La maggior parte delle batterie al piombo-acido nel mondo sono batterie per l’avviamento, l’illuminazione e l’accensione (SLI) di automobili, con circa 320 milioni di unità spedite nel 1999. Nel 1992, circa 3 milioni di tonnellate di piombo sono state utilizzate nella produzione di batterie. I campi di applicazione industriale per le batterie al piombo-acido includono la trazione per veicoli minerari, carrelli elevatori e come fonti di energia stazionarie quali sistemi di alimentazione di emergenza (UPS) e stazioni di segnalazione per ferrovie e telecomunicazioni.
Le batterie al piombo-acido possono raggiungere una lunga durata di diversi anni. Tuttavia, la regolazione della tensione è cruciale qui. Specialmente nelle auto come batteria di avviamento, questa è spesso insufficientemente accurata, così che solo 2 a 4 anni di utilizzo sono tipici. Le batterie di trazione o di accumulo possono raggiungere una durata tra i 5 e i 15 anni, a seconda della
qualità e dello stress. Tuttavia, queste batterie differiscono significativamente dalle batterie per auto.
Costruzione e Voltaggio
Una batteria al piombo-acido è composta da un elettrodo negativo fatto di piombo spugnoso o poroso, per facilitare la formazione e la dissoluzione del piombo. L’elettrodo positivo è composto da ossido di piombo. Entrambi gli elettrodi sono immersi in una soluzione elettrolitica di acido solforico e acqua. In caso gli elettrodi vengano a contatto tra loro a causa del movimento fisico della batteria o dei cambiamenti nello spessore degli elettrodi, una membrana elettricamente isolante ma chimicamente permeabile separa i due elettrodi. Questa membrana impedisce anche il cortocircuito elettrico attraverso l’elettrolita.
Il voltaggio nominale di una cella è di circa 2V, ma varia tra circa 1,75 V e 2,4V a seconda dello stato di carica (SoC) e della corrente di carica o scarica. Le batterie al piombo-acido possono fornire alte correnti per brevi periodi e hanno un’alta densità di potenza.
Invecchiamento e Durata della Batteria
Le batterie al piombo-acido possono raggiungere una lunga durata di diversi anni, ma l’invecchiamento è principalmente causato dalla corrosione interna della struttura di piombo degli elettrodi, dalla formazione di cortocircuiti fini e dalla solfatazione del piombo. Quando le batterie al piombo-acido hanno la stessa capacità e dimensione, ma pesi diversi, la batteria più pesante di solito dura più a lungo perché i telai di piombo sono più robusti. Il tasso di potenza quando nuova non è direttamente influenzato da ciò, poiché una struttura di piombo più debole può anche essere progettata con un’ampia superficie attiva.
Questo articolo fornisce una panoramica dettagliata della composizione e del funzionamento delle batterie al piombo-acido, mettendo in evidenza sia le loro caratteristiche distintive che le sfide associate al loro utilizzo.
