L’accumulatore al piombo: reazioni e f.e.m.
Gli accumulatori sono dispositivi che trasformano l’energia chimica in energia elettrica e viceversa, svolgendo sia la funzione di cella di elettrolisi che di cella galvanica. Durante la carica, immagazzinano l’energia elettrica sotto forma di energia chimica, mentre durante la scarica forniscono energia elettrica grazie all’energia chimica precedentemente accumulata.
In entrambi i casi, le reazioni coinvolte sono di ossidoriduzione e possono verificarsi in entrambi i sensi, a seconda del funzionamento dell’accumulatore. Questi dispositivi trovano applicazione nell’avviamento dei motori a scoppio e diesel, nell’illuminazione di carrozze ferroviarie, nell’alimentazione di strumenti e come fonti di riserva ed emergenza di energia elettrica.
Struttura dell’accumulatore al piombo
L’accumulatore al piombo è composto da un anodo (-) costituito da piastre di piombo spugnoso e da un catodo (+) costituito da piastre di biossido di piombo (PbO2) allo stato di pasta finemente polverizzata. Entrambi gli elettrodi sono supportati su una griglia di materiale resistente alla corrosione e immersi in una soluzione acquosa di acido solforico al 30%.
Reazioni e f.e.m. dell’accumulatore al piombo
Durante la scarica, l’accumulatore funziona da cella galvanica, con reazioni di ossidazione all’anodo e di riduzione al catodo. La f.e.m. di un accumulatore al piombo, a 25°C, può essere determinata dai potenziali normali di riduzione delle due semireazioni. La reazione complessiva ha un potenziale pari a +2.04 V.
Durante la carica, l’accumulatore funziona da cella elettrolitica, con reazioni opposte a quelle della scarica. La reazione globale nel processo di carica è:
2 PbSO4(s) + 2 H2O → Pb(s) + PbO2(s) + 4 H+ + 2 SO4^2-
Considerazioni sulla f.e.m. e sulle fasi di carica e scarica
La f.e.m. di un accumulatore al piombo-acido è di circa 2 V e varia in base alla temperatura e alla concentrazione dell’acido solforico contenuto nella cella. Quando la tensione scende a circa 1.8 V, è necessario ricaricare l’accumulatore.
Elettrolisi dell’acqua contenuta nella cella eccessiva degradazione delle piastre sono problemi che possono verificarsi se la carica supera i 2.2 V. Inoltre, il processo di autoscarica può causare la perdita dell’1% di carica al giorno a temperatura ambiente. È consigliabile rabboccare con acqua distillata per mantenere il livello dell’accumulatore.
In conclusione, l’accumulatore al piombo è un dispositivo versatile con una struttura ben definita e delle reazioni elettrochimiche specifiche che lo rendono adatto ad un ampio spettro di applicazioni. Tuttavia, è importante gestirne correttamente la carica e la scarica per garantirne il corretto funzionamento nel tempo.