STORIA DELLA PILA

STORIA DELLA PILA

1859

1839

1796

1893

Alessandro VOLTA

Gaston PLANTÉ

Edward WESTON

William Robert GROVE

1836

1841

1866

1914

Robert Wilhelm Eberhard BUNSEN

Charles FÉRY

John F. DANIELL

George LECLANCHÉ

STORIA DELLA PILA

1950

OGGI

1985

1942

1936

Emil BAUR

Lewis URRY

Samuel RUBEN Philip R. MALLORY

Akira YOSHINO

SPIEGAZIONE Le pile alcaline utilizzano elettroliti alcalini: idrossido di potassio. L’anodo è costituito da zinco mentre il catodo da diossido di manganese. Durante il funzionamento del dispositivo sono consumati Zn e MnO2 mentre la concentrazione di KOH non varia nel tempo in quanto esso viene sia utilizzato che prodotto nel corso della reazione in uguale quantità.

PRO

• Non si consuma il contenitore della pila e non ci sono perdite
• Non si verifica produzione di gas durante il funzionamento
• Durata elevata per la sua densità di energia

CONTROCosto elevato

ATTENZIONE ALL'AMBIENTE La produzione delle batterie richiede il consumo di molte risorse di valore che spesso implicano l'utilizzo di sostanze chimiche pericolose. fin dagli anni '20 perciò si è cercato di recuperare questi elementi riciclandoli. Esiste infatti una rete di riciclaggio che si occupa di recuperare le batterie e di separare i materiali tossici da quelli con un valore economico.

In Italia il DL 188/2008 prevede sistemi collettivi e consorzi che raggruppano i produttori di pile e batterie responabili della gestione dei rifiuti di questi prodotti. Le batterie esaurite sonoconsiderate dalla legge italiana "rifiuti pericolosi": il ciclo di smaltimento deve essere tracciato da chi gerea il rifiuto a chi lo smaltisce. Eventuali irregolarità sono punite penalmente.

SPIEGAZIONE Nel 1936 Emil Baur e H. Preis realizzarono una cellula a compustibile a metano

SPIEGAZIONE Akira Yoshino, che riuscì a eliminare completamente il litio in forma pura dalle batterie ricaricabili, sostituendolo con gli ioni di litio, passaggio fondamentale per ridurre i rischi delle pile al litio "puro". Le batterie agli ioni di litio funzionano perché alternano cicli di carica e di scarica. Durante la carica, il catodo cede alcuni dei suoi ioni di litio all’anodo, mentre durante le fasi di scarica si assiste al processo inverso, con l’anodo che cede ioni di litio al catodo, fornendo energia.

PRO

• Non soffrono dell'effetto memoria (per cui una batteria "crede" di essere meno capiente rispetto alla sua condizione iniziale)
• Leggere nonostante la quantità di energia che sono in grado di immagazzinare

CONTRO

• Subiscono notevolmente l'effetto del calore
• Se il voltaggio è inappropriato, il conseguente accumulo di gas può provocare esplosioni

SPIEGAZIONE La pila è formata da un anodo di zinco e un catodo inerte in grafite, con funzione di conduttore. Tra lo zinco e la barretta di grafite si trova una pasta di diossido di manganese, cloruro di ammonio e dicloruro di zinco

PRO

• Fu la prima pila a secco, cioè a non contenere liquidi, e quindi facilmente trasportabile ed utilizzabile
• Il costo di questa batteria è piuttosto basso
• Varie forme, dimensioni e capacità di queste celle sono facilmente disponibili
• Lunga affidabilità tradizionale

CONTRO

• Pila irreversibile: una volta scaricata non può più essere rigenerata
• La pila si scarica anche a riposo a causa del contatto zinco - diossido di manganese
• La parete di zinco,a causa dell'ossidazione, si assottiglia e può anche perdere il contenuto interno

SPIEGAZIONE All’interno del contenitore si trovano due involucri cilindrici chiusi (collegati tra loro da un ponte) alle cui estremità si trovano un catodo e un anodo. In corrispondenza dell'anodo si trova un’amalgama Cd/Hg al 12.5% in Cadmio, mentre in corrispondenza del catodo si trova una pasta di solfato mercuroso depositata su mercurio metallico. L'elettrolita, comune ai due involucri, è rappresentato da una soluzione satura di solfato di cadmio

PRO Utilizzata in laboratorio per la calibrazione di strumenti di misura, grazie alla stabilità della f.e.m. prodotta (circa 1.02 V) ed è stata utilizzata come standard internazionale di differenza di potenziale dal 1911 al 1990.

CONTRO Bandita dal 1990 per l'elevato contenuto di mercurio e cadmio, entrambi tossici

SPIEGAZIONE Dallo studio della polarizzazione voltaica passò alla costruzione dell'accumulatore elettrico al piombo che porta il suo nome nel 1859. Tale accumulatore era formato da due lastre di piombo isolate da strisce di guttaperca immerse in acido solforico diluito in acqua nel rapporto 10:1. La pila di Planté presentava una certa semplicità costruttiva ed un notevole vantaggio: la reazione era REVERSIBILE, era cioè possibile ricaricare l’accumulatore tramite un’altra batteria.

La batteria Planté (e la derivata Fauré) è quindi alla base delle normali batterie ricaricabili al piombo delle auto (comunemente dette piombo-acido) ed anche il comune voltaggio, 12V, è rimasto sostanzialmente lo stesso da decenni: si tratta, inoltre, di uno dei prodotti “tecnologici” con il più alto tasso di materiali RICICLABILI (fino all’80%).

SPIEGAZIONE Due recipienti separati: uno con una soluzione acquosa di solfato di zinco con una lamina di zinco metallica; l’altro una soluzione acquosa di solfato di rame con una lamina di rame metallico. Le due soluzioni sono collegate da un ponte salino costituito da solfato di sodio o nitrato di potassio = contatto ionico tra le due soluzioni e la loro elettroneutralità. Si osserva un flusso di elettroni dallo zinco al rame.

PRO Portatile, sicura, resa migliore ed una vita utile più lunga della cella voltaica

CONTRO Non può essere ricaricata elettricamente; il rame può occludere la barriera porosa e ridurre la vita della batteria.

SPIEGAZIONE Per consentire il funzionamento della pila zinco - aria, viene utilizzato un catodo a ossigeno atmosferico e un anodo di zinco. L’energia fuoriesce grazie alla reazione controllata che avviene tra lo zinco, presente all’interno della pila in polvere, l’acqua e l’ossigeno nell’aria. L’aria passa all’interno della batteria, dando via al funzionamento della batteria, attraverso piccole aperture che prima dell’effettivo utilizzo vengono sigillate con dei film plastici

PRO

• Basso costo per uso di metalli di transizione
• Acquose e meno pericolose
• Densità energetica e durata più ampia
• Impatto ambientale minimo

CONTRO

• Batteria non ricaricabile

SPIEGAZIONE La pila è formata da un vaso di vetro nel quale è inserita una lamina cilindrica di zinco alla quale è saldato un serrafili con una lamina di rame. All’interno della lamina di zinco si trova un vaso poroso che a sua volta contiene un prisma di carbone. Lo zinco era immerso in una soluzione di acido solforico e il carbone in una di acido nitrico.

CONTRO

• La corrente si indebolisce piuttosto rapidamente a causa dell’abbassamento dell’acidità della soluzione di acido solforico
• Da essa si liberano i vapori rossastri di diossido d’azoto NO2, molto tossici

PRO L'uso del car one abbatteva i costi della pila che poteva così essere prodotta su larga scala

SPIEGAZIONE Sitratta di una colonna di dischi di zinco alternati a dischi di rame e separati gli uni dagli altri da uno strato di panno imbevuto in acqua e acido solforico (elementi voltaici). Le due estremità della pila sono detti poli e, collegandoli per mezzo di un conduttore elettrico, si genera un circuito nel quale passa corrente continua, producendo quindi energia indipendente dalla rete elettrica.

CONTRO Non si poteva ricaricare e quindi, una volta scaricata, si era costretti a ricominciare tutto il processo da capo

PRO Primo metodo pratico per mantenere una corrente elettrica costante

SPIEGAZIONE L'anodo (polo -) di una pila a bottone è costituito da zinco, mentre il catodo (polo +) è costituito dall'involucro di acciaio a contatto con ossido di mercurio. L'idrossido di potassio separa zinco e ossido di mercurio.

PRO Aumento della durata della pila: il suo elettrolita (idrossido di potassio) corrode lo zinco in misura minore rispetto a quello della pila Leclanché (cloruro di ammonio)

CONTRO

• Costo elevato
• Altamente inquinanti per l'ambiente per la presenza di mercurio

SPIEGAZIONE Costituita da una semicella contenente un anodo di zinco (Zn) immerso in acido solforico diluito (H2SO4), separato attraverso un setto poroso ceramico da una seconda semicella contenente un catodo di platino (Pt) immerso in una soluzione di acido nitrico concentrato (HNO3).

CONTRO

• platino costoso
• produzione di biossido di azoto (gas tossico)
• durante la vita del dispositivo la tensione tende a diminuire riducendo le prestazioni

PRO Elevato potenziale di cella: pila utilizzata per i telegrafi americani