Piombo e acido sono due cose che la maggior parte delle persone conosce abbastanza bene da evitare. Il piombo è un metallo pesante che può causare un'intera lista di problemi di salute e l'acido è, beh, acido. La sola menzione della parola evoca immagini di liquidi verdi gorgoglianti e scienziati pazzi di rabbia piegati al dominio del mondo.
Ma come il cioccolato e il burro di arachidi, piombo e acido non sembrano andare insieme, ma lo fanno. Senza piombo e acido, non avremmo batterie per auto, e senza batterie per auto, non avremmo alcun accessorio moderno o di base, come i fari, che richiedono un sistema elettrico per funzionare. Quindi, in che modo, esattamente, queste due sostanze mortali si sono unite per formare le solide fondamenta solide dei sistemi elettronici automobilistici? La risposta, per prendere a prestito un giro di parole, è elementare.
La scienza di immagazzinare energia elettrica
Le batterie elettriche sono semplicemente serbatoi di stoccaggio che sono in grado di contenere una carica elettrica e quindi scaricarla in un carico. Alcune batterie sono in grado di produrre una corrente elettrica dai componenti di base non appena vengono assemblate. Queste batterie sono chiamate batterie primarie e in genere vengono eliminati una volta esaurita la carica. Le batterie per auto si inseriscono in una categoria diversa di batteria elettrica che può essere caricata, scaricata e ricaricata ancora e ancora. Questi batterie secondarie utilizzare una reazione chimica reversibile che differisce da un tipo di batteria ricaricabile a un'altra.
In termini che la maggior parte delle persone può facilmente capire, le batterie AA o AAA acquistate presso il negozio, rimangono nel telecomando e poi gettano via quando muoiono sono batterie primarie. Sono assemblati, in genere da celle di biossido di zinco-carbonio o zinco e manganese, e sono in grado di fornire corrente senza essere caricati. Quando muoiono, li butti via o li getti correttamente, se preferisci.
Naturalmente, è possibile acquistare le stesse batterie AA o AAA in una forma "ricaricabile" che costa di più. Queste batterie ricaricabili usano tipicamente celle al nichel-cadmio o al nichel-metallo idruro. A differenza delle tradizionali batterie "alcaline", le batterie NiCd e NiMH non sono in grado di fornire corrente a un carico al momento dell'assemblaggio. Invece, viene applicata una corrente elettrica alle celle, che provoca una reazione chimica all'interno della batteria. Quindi si inserisce la batteria nel telecomando e, quando si spegne, la si inserisce in un caricatore e l'applicazione di una corrente inverte il processo chimico che si è verificato durante la scarica.
Le batterie per auto, che utilizzano piombo e acido solforico invece di ossido di nichel ossido e una lega che assorbe l'idrogeno, sono simili alle batterie NiMH in funzione. Quando viene applicata una corrente elettrica alla batteria, si verifica una reazione chimica e viene memorizzata una carica elettrica. Quando un carico è collegato alla batteria, quella reazione si inverte e viene fornita una corrente al carico.
Conservare energia con piombo e acido
Se usare piombo e acido per immagazzinare una carica elettrica sembra arcaico, lo è. La prima batteria al piombo è stata inventata nel 1850 e la batteria della tua auto utilizza gli stessi principi di base. I disegni e i materiali si sono evoluti nel corso degli anni, ma la stessa idea di base è in gioco.
Quando una batteria al piombo-acido viene scaricata, l'elettrolita diventa una soluzione molto diluita di acido solforico, il che significa che è per lo più H20 vecchio di pianura con un po 'di H2SO4 che galleggia in esso. Le piastre di piombo, dopo aver assorbito l'acido solforico, diventano principalmente solfato di piombo. Quando viene applicata una corrente elettrica alla batteria, questo processo si inverte. Le piastre di solfato di piombo girano (principalmente) indietro nel piombo, e la soluzione diluita di acido solforico diventa più concentrata.
Questo non è un modo terribilmente efficiente di immagazzinare energia elettrica, in termini di quanto pesanti e grandi sono le celle rispetto alla quantità di energia che immagazzinano, ma le batterie al piombo sono ancora in uso oggi per due motivi. Il primo è una questione di economia; le batterie al piombo-acido sono molto più economiche da produrre rispetto a qualsiasi altra opzione. L'altro motivo è che le batterie al piombo sono in grado di fornire enormi quantità di corrente su richiesta in una volta, il che le rende particolarmente adatte come batterie di avviamento.
Quanto poco è il tuo ciclo?
A volte si parla di batterie per auto tradizionali Batterie SLI , dove "SLI" sta per accensione, illuminazione e accensione. Questa abbreviazione illustra abbastanza bene gli scopi principali di una batteria per auto, in quanto il compito principale di qualsiasi batteria dell'auto è far funzionare il motorino di avviamento, le luci e l'accensione prima che il motore sia in funzione. Dopo che il motore è in funzione, l'alternatore fornisce tutta l'energia elettrica necessaria e la batteria viene ricaricata.
Questo tipo di utilizzo è un tipo superficiale di duty cycle, in quanto fornisce un breve scoppio di una grande quantità di corrente, ed è quello che le batterie per auto sono specificamente progettate per fare. Con questo in mente, le moderne batterie per auto contengono piastre molto sottili di piombo, che consentono una quantità massima di esposizione all'elettrolita e forniscono il massimo amperaggio per brevi periodi. Questo design è necessario a causa delle enormi esigenze di corrente dei motorini di avviamento.
Diversamente dalle batterie di avviamento, le batterie a ciclo profondo sono un altro tipo di batteria al piombo progettata per un ciclo "più profondo".La configurazione delle piastre è diversa, quindi non sono adatte a fornire grandi quantità di corrente su richiesta. Invece, sono progettati per fornire meno energia per periodi di tempo più lunghi. Il ciclo è "più profondo" perché è più lungo, piuttosto che a causa della maggiore portata complessiva. Diversamente dalle batterie di avviamento, che vengono ricaricate automaticamente dopo ogni utilizzo, le batterie a ciclo profondo possono essere scaricate lentamente - a un livello sicuro - prima di essere ricaricate nuovamente. Come per le batterie di avviamento, le batterie al piombo-ciclo a ciclo continuo non devono essere scaricate al di sotto del livello raccomandato per evitare danni permanenti.
Pacchetto diverso, stessa tecnologia
Sebbene la tecnologia di base delle batterie al piombo sia rimasta più o meno la stessa, i progressi nei materiali e nelle tecniche hanno portato a una serie di variazioni. Le batterie a ciclo profondo, ovviamente, utilizzano una configurazione di piastra diversa per consentire un ciclo di lavoro più profondo. Altre varianti portano le cose ancora di più.
Il più grande progresso nella tecnologia delle batterie piombo-acido è stato probabilmente le batterie piombo-acido (VRLA) regolate da valvole. Usano ancora piombo e acido solforico, ma non hanno cellule "bagnate". Invece, usano o celle di gel o un tappetino di vetro assorbito (AGM) per l'elettrolito. Il processo chimico è lo stesso ad un livello base, ma queste batterie non sono soggette a gasare come le batterie di batterie allagate, né sono vulnerabili alle perdite se rovesciate.
Sebbene le batterie VRLA abbiano un certo numero di vantaggi, sono molto più costose da produrre rispetto alle tradizionali batterie a celle ad acqua. Quindi, mentre la tecnologia continua a marciare in avanti, è probabile che continuerai a guidare con la tecnologia all'avanguardia del 1860 sotto il tuo cofano ancora per un po ', a meno che tu non vada elettrico. Ma questa è una questione completamente diversa in termini di batterie.
