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di Gianfranco Destefanis
Gli oggetti che andrò a descrivere sono ormai diventati
quasi insostituibili in questa era di alta tecnologia elettronica.
Pensiamo infatti come le pile sono ormai utilizzate in una grandissima
quantità di apparecchiature ed oggetti che tutti noi abbiamo
in casa. Pensiamo agli apparecchi fotografici in genere, a tutti
i riproduttori di musica portatili, ai PC stessi i quali hanno ormai
ore di autonomia anche senza essere collegati ad una presa di corrente,
al cellulare, a vari strumenti come termometri o altro ancora.
La pila elettrica è un dispositivo che trasforma l'energia
chimica di una reazione di ossidoriduzione in energia elettrica,
chiamato anche cella galvanica.
Tutte le pile derivano dalla pila di Volta, che sostanzialmente
era costituita da dischi metallici (elettrodi) intervallati da cartoncini
imbevuti da soluzione salina (elettrolita): collegando il primo
e l'ultimo dischetto della pila, tra loro diversi, si realizzava
un circuito in cui fluiva corrente elettrica.
Una pila è, in generale, un sistema costituito da due scomparti
(semicelle o semipile) distinti, ma tra loro collegati, per esempio,
da un ponte salino o da un setto poroso, contenenti ciascuno un
elettrolita (che può essere liquido, come una soluzione ionica,
o solido, come nelle pile a secco oggi in uso) in cui è immerso
un elettrodo, fatto di materiale conduttore a bassa resistenza;
gli elettrodi sono collegati da un conduttore esterno che consente
il passaggio spontaneo (cioè senza che venga fornita energia
per realizzare questo processo) degli elettroni da una semicella
all'altra. La soluzione di una semicella è ossidante (riceve
cioè elettroni dall'elettrodo, che viene chiamato catodo
o elettrodo negativo); l'altra soluzione è riducente (cede
elettroni all'elettrodo e si ossida; l'elettrodo è positivo
e viene chiamato anodo). Tra l'elettrodo e la sua soluzione si stabilisce
una differenza di potenziale detta potenziale di elettrodo e, poiché
le due semicelle sono diverse, tra i due elettrodi esiste una differenza
di potenziale chiamata tensione o forza elettromotrice della pila.
Più pile collegate in serie costituiscono una batteria.
Le pile, a differenza degli accumulatori elettrici, o batterie secondarie,
sono batterie primarie, nel senso che, terminato il processo di
erogazione di corrente, o fase di scarica, non sono ricaricabili.
Pile a secco o pile Leclanché
Non contengono un elettrolita liquido ed esistono in versione acida
e basica.
La pila acida è costituita da un rivestimento di zinco che
funziona da anodo e da una sbarretta di carbone (catodo), che è
immersa in un elettrolita solido, una pasta di biossido di manganese,
cloruro di ammonio e polvere di carbone. La pila è caratterizzata
da una tensione di 1,5V.
Nella versione alcalina il cloruro di ammonio è sostituito
da idrossido di potassio o di sodio. Rispetto alla pila acida quella
alcalina ha una maggiore durata perché maggiore è
la stabilità dell'anodo di zinco, che corrode più
lentamente.
Tra le pile a secco, diffuse sono quelle ad argento, in cui l'anodo
è di zinco e il catodo è di ossido d'argento in ambiente
alcalino, e quella a mercurio (pila a bottone), usata per calcolatrici,
orologi, apparecchi fotografici ecc., in cui il catodo d'acciaio
è immerso in ossido di mercurio che agisce da ossidante in
ambiente alcalino.
Pile ricaricabili
Non è esatto definirle "pile" perché rientrano
per tecnologia costruttiva tra gli accumulatori o batterie.
Sono costituite da due metalli immersi nelle soluzioni dei loro
sali (composti chimici derivati da reazioni tra un acido e una base),
separati tra loro da un setto poroso.
Sono dette "ricaricabili" perché a fine scarica
si può invertire il processo elettrolitico che si è
svolto durante la scarica e passare alla carica delle stesse. La
ricarica può essere ripetuta anche 1000 volte.
Vengono utilizzate in apparecchi portatili che vengono utilizzati
spesso, come i telefonini.
Nel loro acquisto occorre considerare anche il costo del carica
batteria ma se pensiamo che possiamo utilizzarle circa 1000 volte
viene recuperato ampiamente sia il costo superiore delle pile sia
il costo del carica batteria
Pile zinco-carbone
Utilizzano come elettrodi, lo zinco e il carbone e come miscela
elettrolitica una soluzione acquosa di cloruro d'ammonio, anche
se vista dall'esterno potrebbe sembrare una pila a secco.
Difetto di questo tipo di pila è il fenomeno dell'autoscarica
quando la stessa non è utilizzata ed inoltre non è
in grado di fornire elevate potenze, si ha subito un calo di tensione
in caso di richiesta di elevata corrente.
Pile alcaline
Simili alle precedenti utilizzano come elettrodi sempre lo zinco
e il carbone, utilizzando però come miscela elettrolitica
una soluzione acquosa di idrossido di potassio.
Non abbiamo in questo caso il fenomeno dell'autoscarica e possono
pertanto essere conservate più a lungo con la certezza che
al momento del loro utilizzo hanno mantenuto la carica iniziale.
Sono in grado anche di fornire una maggiore potenza rispetto le
precedenti, ma hanno anche un loro piccolo difetto, sono molto più
costose delle pile zinco-carbone
Pile speciali
Utilizzano elettrodi e miscele elettrolitiche che permettono di
ottenere elevate energie, come ad esempio le pile zinco-argento
dai costi però quasi proibitivi.
Anche le pile al Litio (oggi molto usate in campo fotografico) hanno
delle proprietà di accumulo di energia superiore di cinque
volte alle altre pile. In questo caso il costo notevole è
giustificato dal loro utilizzo su apparecchiature molto costose
e che necessitano comunque di molta energia. Al momento tutti i
produttori di video camere e camere digitali utilizzano questo tipo
di pila.
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