Nozioni di base sulle batterie
Con questo articolo, oggi ci tuffiamo in acque inesplorate. Le batterie: un argomento mai (o raramente) discusso prima su questo blog. Non più!
Vediamo di cosa si tratta.
Le batterie vengono utilizzate per garantire che le apparecchiature elettriche critiche rimangano sempre accese.
Avrete ben presente la batteria del telefono cellulare, quella di cui controllate compulsivamente la carica. Sì, proprio quella. Oppure le batterie del telecomando della TV, per non dover mai restare senza Netflix.
Ma le batterie si trovano anche in molti altri luoghi e avete la fortuna di averne sotto gli occhi un elenco. Proprio qui.
Dove vengono utilizzate le batterie?
Potete trovare batterie in…
- Stazioni di generazione di energia elettrica e sottostazioni per la protezione e il controllo di interruttori e relè
- Sistemi di telecomunicazione per supportare il servizio telefonico, in particolare i servizi di emergenza
- Computer, per eseguire il backup dei dati (in particolare le informazioni finanziarie)
- Applicazioni di protezione e controllo industriale
- Sistemi informatici aziendali
Grazie alle batterie di riserva, in caso di interruzione dell'alimentazione gli ospedali mantengono le porte aperte, i dati non vengono persi per sempre e i servizi di emergenza possono continuare a funzionare.
Ma come funzionano le batterie?
Con la chimica! La mia materia preferita.
Le batterie immagazzinano energia chimica e la convertono in energia elettrica. All'interno di una batteria, le sostanze chimiche causano un flusso di elettroni da un elettrodo all'altro, creando un circuito elettrico. Dentro la batteria si trovano diversi elettrodi ed elettroliti, un mezzo in cui si muovono gli ioni carichi. Oltre a muoversi, questi producono diverse reazioni chimiche. Non è affascinante?
Sono queste reazioni che determinano il funzionamento di una batteria, la quantità di energia che può immagazzinare e la tensione che può fornire.
Quali sono i tipi di batterie?
Una domanda giusta dopo l'altra, oggi! Dalla mia spiegazione precedente, sapete già che una batteria è una cella elettrochimica (o una serie di celle), che produce una corrente elettrica.
Esistono due tipi di batterie di base, primarie e secondarie, che comprendono al loro interno molte altre categorie.
Le batterie primarie sono batterie monouso non ricaricabili, come le comuni batterie AA o AAA. In genere sono batterie alcaline standard o al litio.
Le batterie secondarie, invece, sono ricaricabili. Su piccola scala, potete trovare batterie secondarie in smartphone, tablet e automobili, nonché su larga scala nelle applicazioni industriali a cui accennavamo prima. Queste batterie sono in genere al piombo-acido, al nichel-cadmio o agli ioni di litio.
Inoltre, le batterie secondarie possono essere ulteriormente suddivise. Non preoccupatevi, non ci addentreremo troppo nella chimica. Diventa complicato, ma cercheremo di semplificare parlando solo del tipo più diffuso: le batterie al piombo-acido.
Batterie al piombo-acido
Esistono due tipi di batterie al piombo-acido: ad acido libero e sigillate. Le batterie ad acido libero, o batterie VLA (Vented Lead Acid, al piombo-acido ventilate) perdono acqua durante la reazione elettrochimica. Interessante, vero? Per questo motivo, è necessario aggiungere periodicamente acqua distillata, come fossero piante. In genere, queste batterie durano circa 20 anni. Bella vita per una batteria!
Viceversa, le batterie sigillate, o batterie VRLA (Valve Regulated Lead Acid, al piombo-acido regolate da valvola) sono, appunto, sigillate. Non è possibile aggiungere acqua, in nessun caso, poiché sono sigillate. Sfortunatamente, ciò riduce la loro durata, quindi queste batterie durano solo da 5 a 8 anni con una corretta manutenzione.
Le batterie al piombo-acido possono anche essere classificate in base all'applicazione: batterie cicliche, di standby o SLI.
Batterie cicliche: generalmente utilizzate nel settore marittimo, oltre che nei carrelli elevatori a forche e nelle golf cart. Uno strano assortimento di settori, a mio parere, ma così è. Per queste batterie, vengono utilizzate piastre spesse in lega piombo-antimonio, che aiutano la batteria a resistere agli effetti di riscaldamento associati alla carica e scarica costante.
Batterie di standby: progettate per mantenere la tensione di float per lunghi periodi. Se serve, qui trovate altre informazioni sulla tensione di float. Sono sensibili al calore, poiché sono generalmente realizzate in piombo-calcio o piombo-selenio.
Batterie SLI: l'acronimo SLI sta per Starting Lighting and Ignition (avviamento, luce, accensione) e sono le tipiche batterie delle auto. Sono progettate per fornire una grande quantità di corrente in un breve periodo di tempo. A tutti sarà successo di subire la "morte" della batteria dell'auto, anche in più di un'occasione. Le batterie SLI non devono essere scaricate in profondità e se questo avviene è necessario ricaricarle immediatamente.
E per quanto riguarda i guasti alle batterie? Perché le batterie si guastano?
Abbiamo un intero libro che ne parla diffusamente, ma per ora, come in tutti gli articoli di questo blog, parliamo delle cause più comuni.
Corrosione della griglia positiva: una modalità di guasto comune nelle batterie VLA e VRLA. La trasformazione della lega di piombo in ossido di piombo provoca la corrosione della griglia positiva. Questa settimana, la chimica fa capolino dovunque! Anche se questo può accadere in modo naturale, il riscaldamento può accelerare il fenomeno.
Quando le batterie al piombo-acido si scaricano, potrebbe manifestarsi la solfatazione delle piastre. La solfatazione delle piastre porta a un aumento dell'impedenza, o resistenza interna. Fortunatamente, quando la batteria viene ricaricata, il fenomeno regredisce da solo. Sfortunatamente, se la carica delle batterie non è completa, le piastre rimangono parzialmente solfatate e quanto più a lungo lo rimangono, tanto più difficile sarà recuperare la capacità persa.
Andiamo avanti. Disidratazione: un altro fenomeno naturale nelle batterie VRLA. Poiché non è possibile aggiungere acqua, è ragionevole che si verifichi una disidratazione. Quando la disidratazione eccessiva non viene risolta, i componenti interni delle batterie possono arrivare a fondersi, con conseguente guasto irreparabile. È quella che chiamiamo fuga termica, un'altra modalità di guasto comune.
Siamo quasi alla fine. Dovremmo anche parlare di cortocircuiti, divisi in "hard" e "soft". I cortocircuiti "hard" sono generalmente causati da grumi di materiale derivanti da difetti di produzione. In questi casi, è probabile che la batteria si guasti molto rapidamente. D'altro canto, i cortocircuiti "soft" si verificano quando una batteria è troppo scarica, per cui il piombo si dissolve nell'elettrolita e resta intrappolato nel separatore, portando alla formazione di dendriti che provocano cortocircuiti sulle piastre. Quando la batteria dell'auto si scarica e, una volta ricaricata, si scarica subito di nuovo, il motivo è esattamente questo!
Complimenti, ce l'avete fatta. Ovviamente, non abbiamo elencato tutte le modalità di guasto, altrimenti saremmo andati avanti ancora per un bel po'. Se l'argomento vi interessa, non dimenticate di scaricare la nostra Guida ai test delle batterie, o forse ne parleremo di più nel nostro prossimo articolo. Chi vivrà, vedrà.
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