I tipi di accumulatori che normalmente usiamo nei nostri faretti e flash subacquei sono principalmente 4:

• Piombo Acido
• Alcaline
• Nichel Cadmio (o Nichel Metallo Idruro)
• Litio ione

L’ordine in cui le ho menzionate è quello “evolutivo” ma tutti hanno vantaggi e svantaggi per le nostre applicazioni. Le seconde sono usa e getta (batteria di tipo primario) mentre le altre 3 sono ricaricabili (tipo secondario).

Il funzionamento di una batteria è caratterizzato da una reazione chimica che trasforma l’energia chimica in energia elettrica. Questa reazione detta ossidoriduzione consiste in una sostanza che subisce una ossidazione cioè una perdita di elettroni in favore di una che viene ridotta cioè acquista elettroni. La sostanza che cede gli elettroni sarà legata al catodo positivo dell’accumulatore mentre quella che li acquista sarà legata all’anodo negativo. Anodo e catodo sono separati da un’ulteriore sostanza elettro conduttrice, solitamente in forma liquida, detta elettrolita. Il flusso di elettroni che si crea fra i due poli, genera una corrente elettrica continua che la batteria è in grado di intercettare e sfruttare. Il potenziale elettrico della corrente così generata è in funzione delle diverse reazioni e quindi dei diversi materiali usati. La batteria risulterà scarica quando la reazione al suo interno assume lo stato di equilibrio. Il fatto che la reazione sia unidirezionale o reversibile caratterizza la batteria rispettivamente come primaria o secondaria. Le caratteristiche fondamentali delle batterie sono: la tensione ai poli, espressa in Volt (V); la capacità, espressa in Ampere/ora (A/h).

Andiamo ora ad analizzare nello specifico i tipi sopra menzionati:

Piombo Acido: in questi accumulatori il catodo è costituito da polvere di piombo (Pb) spugnosa, l’anodo da diossido di piombo (PbO₂) e l’elettrolita da una soluzione di acido solforico (H₂SO₄) 4,5 M (moalre). La reazione chimica che si crea è: PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ ↔ 2PbSO₄ + 2H₂O. Questa produce una differenza di potenziale di circa 2V (2,4 V) per elemento (le batterie da auto hanno 6 elementi per arrivare ai 12V). I loro limiti più grandi sono la dimensione e il peso, entrambi generosi ma anche la tossicità dei loro elementi. In compenso hanno costi d’acquisto molto bassi, erogano correnti elevate, hanno lunga vita e funzionano bene anche a bassissime temperature. La manutenzione si riduce alla loro pulizia e al controllo, con eventuale ripristino del livello della soluzione acida.

Pile Alcaline: su queste non mi soffermerò a lungo in quanto sono le comuni batterie non ricaricabili che possiamo trovare in tutti i supermercati. L’unica accortezza da tenere con loro è quella di non lasciarle inserite nelle nostre ‘carissime’ attrezzature, in quanto possono rilasciare liquidi di vario genere che possono recare gravi danni.

Nichel Cadmio (NiCd): erano le batterie più diffuse nei dispositivi elettronici portatili, sino all’avvento delle batterie al Litio. In questi accumulatori il catodo è costituito da idrossido di Nichel (NiO(OH)) e l’anodo da idrossido di Cadmio (Cd(OH)), l’elettrolita è alcalino. La reazione chimica che avviene è: NiO(OH) + Cd + 2H₂O ↔ 2Ni(OH)₂ + Cd(OH). L’elettrolita alcalino non è in reazione poiché non viene consumato o modificato. Al loro interno, hanno un sistema di sicurezza costituito da valvole che si aprono se la temperatura supera una certa soglia, interrompendo la carica. La tensione per cella fornita è di 1,25 V. I loro grandi vantaggi rispetto agli accumulatori al piombo soni il peso e le dimensioni ridotte. Purtroppo ci sono anche alcuni svantaggi, come: 1) ristretto range di temperature in cui sono utilizzabili; 2) progressiva perdita di carica, anche se non utilizzate (20% mensile); 3) deterioramento causato dalla formazione di dendriti (cristalli conduttori) che causano cortocircuiti interni; 4) hanno memoria di carica; 5) L’alta tossicità dei loro elementi, fattore parzialmente risolto con la variante a metallo idruro (NiMh) che però costa di più, si scarica a riposo più velocemente (30% mensile) ed è meno costante nel voltaggio emesso. La manutenzione esige un periodico ciclo di carica e scarica completo (ciclare la batteria) per ridurre l’effetto memoria e la quantità di dendriti. La conservazione deve avvenire in luoghi asciutti, senza sbalzi di temperature e mai a batteria completamente scarica, anzi vista la velocità di scarico è consigliato riporle sempre al 100% della carica.

Litio-ione (Li-Ion): con le loro ultime versioni, a polimeri di Litio (Li-Poly) che garantiscono un 20% in più di densità energetica a discapito di un ciclo di vita leggermente inferiore, sono le più moderne. Questi accumulatori sono costituiti da un anodo in strati di grafite dove sono "immersi" atomi di litio mentre il catodo è un sale di litio (solitamente LiMn2O4) e l'elettrolita è una soluzione di perclorato di litio LiClO4 in etilencarbonato C2H4CO3, un solvente organico. Gli accumulatori al litio hanno densità energetica, numero di cicli di carica-scarica e prestazioni complessive parecchio maggiori rispetto a quelle possedute dalle batterie precedentemente descritte ma hanno anche costi più elevati. La reazione chimica è: Li_x + Li_1-xMn₂O₄ ↔ LiMn₂O₄. La differenza di potenziale ottenuta è di 3,7 V. Hanno numerosissimi vantaggi rispetto agli accumulatori sopra descritti e pochissimi svantaggi. I vantaggi sono rappresentati dalla maggiore leggerezza e minor dimensione dell’elemento, dall’assenza dell’effetto memoria, dalla costanza di rendimento, una piccola dispersione di carica a riposo, una veloce ricarica e un bassissimo livello di inquinamento a vita esaurita. Gli svantaggi si traducono in un costo più elevato ed in un progressivo ed incontrastabile decadimento (20% annuo = 1,6% mensile). La manutenzione consiglia la conservazione al 40% di carica in frigorifero, evitando di scaricare completamente la batteria, pena inutilizzabilità della stessa. Un’ulteriore precauzione è la protezione dal forte calore, in quanto si può innescare una reazione esplosiva. È consigliato ricaricare le batterie, per ottenere il 100% delle loro capacità, quando si sono raffreddate dopo un uso intenso e 24 ore dopo averle tolte dal frigorifero.

In ultimo riporto un’interessante tabella riepilogativa:

Tabella Batterie.xlsx (10,5 kB) Tabella Batterie.xlsx (10,5 kB)