Le Diverse Tipologie di Pile e Batterie al Servizio dell’Elettronica
Le varie tipologie di pile si possono raggruppare in due categorie principali: primarie e secondarie. Le pile primarie non possono essere ricaricate, a differenza delle pile secondarie che possono esserlo. Le prime, una volta esauste, diventano inutilizzabili a causa della reazione chimica irreversibile che si verifica durante il loro utilizzo. Nonostante ciò, le pile primarie hanno costi inferiori e una durata di conservazione maggiore rispetto alle pile secondarie.
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Biobatterie
Le biobatterie rappresentano un tipo di pila che utilizza composti organici come il glucosio per generare energia. Questo processo si ispira alla glicolisi, un meccanismo attraverso il quale il corpo umano estrae energia dagli zuccheri. Le biobatterie, composte da anodo, catodo ed elettroliti, sfruttano una reazione che trasforma il glucosio in gluconolattone, protoni ed elettroni, generando così energia elettrica.
Batterie a Secco
Le batterie a secco, prive di elementi liquidi, includono esempi come la pila Leclanché, che sostituisce le soluzioni elettrolitiche con una poltiglia gelatinosa. Altri tipi di batterie a secco includono la pila zinco-carbone e le pile alcaline, queste ultime con zinco e biossido di manganese come componenti principali. La pila zinco-carbone fu una delle prime pile portatili e ha una potenza di 1.5 V grazie alla reazione che avviene tra zinco, biossido di manganese e cloruro di ammonio all’interno della pila.
Pile Alcaline
Un’altra evoluzione sono le pile alcaline, che presentano una configurazione simile alle zinco-carbone ma con miglioramenti nella disposizione del materiale. In particolare, lo zinco è presente come polvere intorno all’anodo, costituito da una barra inerte, mentre i componenti principali rimangono il biossido di manganese e lo zinco. Queste pile offrono prestazioni superiori rispetto alle loro controparti più datate.
In conclusione, le pile e le batterie rappresentano una componente essenziale per il funzionamento di numerosi dispositivi elettronici, e la continua ricerca nel settore mira a migliorarne le prestazioni e la sostenibilità.
Le pile alcaline e le pile al mercurio: differenze e funzionamento
Le pile alcaline sono dispositivi elettrochimici che producono energia attraverso reazioni chimiche. In particolare, le pile alcaline contengono idrossido di potassio in una soluzione gelatinosa. Una delle reazioni coinvolte è la seguente semireazione di riduzione:
2 MnO2 + 2 H2O + 2 e- → 2 MnOOH + 2 OH-
Contemporaneamente, l’ione OH- generato dalla semireazione di riduzione viene consumato dalla semireazione di ossidazione:
Zn + 2 OH- → ZnO + H2O + 2 e-
Le pile alcaline generano una tensione di 1.54 V.
Pile al mercurio
Le pile al mercurio sono comunemente utilizzate negli orologi, in quanto offrono una lunga durata e possono essere realizzate in dimensioni ridotte. Tuttavia, presentano lo svantaggio legato alla presenza di mercurio, un metallo pesante e dannoso per l’ambiente.
Questi dispositivi non ricaricabili forniscono una tensione costante di 1.35 V. Oltre all’ossido di mercurio (II), è possibile utilizzare una miscela di HgO e MnO2 insieme alla grafite, che previene la formazione di gocce di mercurio.
La semireazione di riduzione che si verifica al catodo è:
HgO + H2O + 2 e- → Hg + 2 OH-
Mentre all’anodo, composto da zinco e separato dal catodo da un setto poroso, avvengono le seguenti semireazioni:
Zn + 4 OH- → Zn(OH)4^2- + 2 e-
E successivamente:
Zn(OH)4^2- → ZnO + 2 OH- + H2O
La reazione completa di ossidazione che si verifica all’anodo è:
Zn + 2 OH- → ZnO + H2O + 2 e-
In conclusione, la reazione globale che avviene in una pila al mercurio è:
HgO + Zn → Hg + ZnO
Le pile alcaline e le pile al mercurio differiscono per i materiali utilizzati e i processi elettrochimici coinvolti, ma entrambe sono importanti fonti di energia in diversi dispositivi elettronici.
