Le batterie al piombo o acid leads sono composte da una serie di elementi, detti anche “celle galvaniche”.
All’interno di queste sono presenti due elettrodi (piastra positiva e negativa) che permettono attraverso un processo chimico dell’elettrolito (a base di acido solforico) la generazione dell’energia elettrica.
Le celle sono composte da:
- elettrodo positivo costituito da una lastra di diossido di piombo (PbO2);
- elettrodo negativo costituito da una lastra di piombo metallico (Pb);
- elettrolito soluzione acquosa di acido solforico (H2SO4).
Il principio è sintetizzato dalla figura seguente. Si vedono i due elettrodi posti in parallelo (positivo e negativo) a bagno nell’acido solforico (elettrolita).
L’elettrolita è la soluzione che peremette il trasporto di ioni (H+ e ioni SO42), questi detti anche cariche sono presenti nella sostanza stessa.
Mettendo due elettrodi (piastre metalliche) a bagno nell’elettrolita, si scatena la reazione chimica detta ossidoriduzione, dove avviene lo scambio di elettroni dalla sostanza che si ossida (che cede) a quella che li riceve.
In questo processo avviene la produzione della corrente elettrica continua, generata dal movimento delle cariche, possibile solo grazie alla differenza di potenziale tra i due elettrodi.
La differenza di potenziale è condizione fondamentale per lo spostamento delle cariche.
Il processo di scarica avviene quando si applica un carico (es. carrello elevatore) all’accumulatore. Chiudendo il circuito elettrico tra polo negativo e positivo, si determina un passaggio di elettroni che attraversando il carico collegato fluiscono dal polo negativo al positivo.
In questa fase avviene una reazione in cui piombo (che costituisce gli elettrodi) reagisce con l’acido solforico presente nell’elettrolita, sviluppando acqua e solfato di piombo (PbSO4).
La formazione di questi causa la diminuzione della concentrazione di acido solforico (H2SO4) nella soluzione elettrolita e quindi della sua densità, di conseguenza si riduce la differenza di potenziale tra gli elettrodi.
La mancanza di differenza di potenziale, genera una stato di equilibrio impedendo alla cariche di muoversi, in questa situazione l’accumulatore viene considerato scarico.
La cella si ritiene completamente carica quando la differenza di potenziale, ovvero la tensione misurata ai poli degli elettrodi, è di 2,16 V (tensione nominale a vuoto), in questo caso la concentrazione di H2SO4 è pari a 1,32 gr/cm3.
Mentre l’elemento, è da ritenersi completamente scarico con una tensione di 1,75 Volt/elemento.
AUTOSCARICA E SOLFATAZIONE (PROBLEMI E SOLUZIONI)
Lasciando la batteria ferma si attiva il processo di AUTOSCARICA.
Per questo è opportuno lasciare sempre la batteria collegata ad un mantenitore di carica o ad caricabatterie con la funzione mantenimento.
Un ulteriore fenomeno che agisce sulla scarica della batteria è la temperatura.
La capacità nominale della batteria diminuisce drasticamente con l’abbassarsi della temperatura. Passando, ad esempio, da 25 °C a 0 °C la capacità nominale attorno al 30%.
In ambienti con temperature al disotto dei 32 °C la densità media dell’elettrolita varia tra 1,270 gr/cm3 e 1,285 gr/cm3, quindi alle basse temperature l’elettrolita si presenta più denso, riducendo la capacità nominale.
Invece, a temperature oltre i 32°C la densità media dell’elettrolita varia tra 1,230 gr/cm3 e 1,250 gr/cm3, quindi, l’elettrolita essendo meno denso permette un più veloce e facile flusso di elettroni (cariche) che determinano una più veloce autoscarica.
È fondamentale mantenere costantemente cariche la batterie anche quando non vengono utilizzate. Un prolungato inutilizzo causa la SOLFATAZIONE.
ll solfato di piombo si presenta chimicamente come un sale, quindi avendo forma cristallina tende a depositarsi sugli elettrodi in modo irreversibile.
Quando su un elettrodo si depositano dei cristalli di solfato di piombo, la parte attiva si riduce e si perde capacità dell’accumulatore. Questo fenomeno è la solfatazione.
Diverse cause sono alla base della solfatazione degli elementi, ma la principale è data dalla lunga permanenza dell’accumulatore in condizioni di scarica (anche parziale).
Si consiglia quindi, indipendentemente dai lunghi o brevi periodi di inattività di mantenere carica la batteria con una piccola corrente di mantenimento.
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I PARAMETRI DELL’ACCUMULATORE
Le caratteristiche della batteria (dati di targa), sono riportati sul cassone. Di seguito quelli fondamentali per identificare l’accumulatore.
- DIMENSIONI
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TENSIONE DI BATTERIA
Rappresenta la tensione nominale della batteria, in modo approssimativo coincide con tensione misurata ai capi della stessa (tensione tra polo positivo e negativo rilevabile dal tester).
È possibile identificarla anche contando il numero degli elementi e moltiplicandoli per 2.
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CAPACITÀ DI BATTERIA
Rappresenta la quantità di carica immagazzinata dalla batteria. Solitamente espressa in A/h (Ampere/ora).
La Capacità espressa in A/h rappresenta la corrente in grado di essere erogata da un accumulatore in un determinato periodo di tempo ed in determinate condizioni.
Indicata dal simbolo Cn, dove il pedice alla lettera C indica la durata in ore del processo di scarica (es. un accumulatore da 12V con capacità nominale C5 = 100 A/h è in grado di erogare a 25 °C una corrente di 20 Ampere per un periodo di 5 ore con una tensione a fine scarica di 10,5V).
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DENSITÀ ENERGETICA
È la quantità di energia immagazzinata per unità di volume. Rappresenta la capacità per unità di massa e può essere espressa in [Ah/Kg] o [Wh/Kg].
