OmniAuto.it
le-batterie-al-piombo - Galleria Approfondimenti
Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 1 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 2 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 3 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 4 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 5 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 6 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 7 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 8 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 9 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 10 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 11 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 12 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 13 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 14 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 15 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 16 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 17 Le batterie al piombo - Galleria Approfondimenti- Thumb 18

3 novembre 2010
di Gabriele Bolognini
tag: Approfondimenti

Stampa
Invia ad un amico
Commenti (2)

Le batterie al piombo

Nonostante l’avvento di nuove tecnologie rimangono tuttora le più utilizzate, scopriamo il perché.

In autotrazione la tecnologia più diffusa per la realizzazione di sistemi di accumulo d’energia è rappresentata dalle batterie al piombo-acido.
Innanzi tutto occorre fare una precisazione relativa alla terminologia: il termine batteria è stato adottato dall’uso comune per indicare un insieme (cioè una batteria) di accumulatori connessi tra loro per fornire energia. Il termine giusto sarebbe quindi “batteria di accumulatori” o, più semplicemente, “accumulatore” ma, per facilitarci la vita, continueremo, anche nel presente articolo a chiamarla “batteria”.
Le batterie sono dispositivi capaci di trasformare energia chimica in energia elettrica e viceversa, sono cioè ricaricabili. In un recipiente, in genere di plastica, suddiviso in celle (o elementi) separate contenenti una soluzione di acqua distillata e acido solforico detta elettrolita (H2SO4), sono immerse due piastre di piombo traforate in modo da formare delle griglie. La piastra che funge da polo negativo (anodo) ha le griglie ripiene di polvere di piombo (Pb) spugnosa. La piastra che funge da polo positivo (catodo) ha le griglie piene di biossido di piombo (PbO2).
Applicando una tensione tra le due piastre e causando la riduzione ad un elettrodo e l'ossidazione all’altro si produce una reazione chimica che si traduce in energia elettrica.
Durante il normale funzionamento, per le reazioni chimiche tra l'acido solforico e gli elementi in piombo, si forma una piccola quantità di idrogeno e ossigeno. Questi due gas, che si formano nei due poli, vengono però riassorbiti dalle reazioni chimiche nel polo opposto.
Se la batteria è maltrattata questa quantità può aumentare notevolmente a causa della impossibilità di mantenere un equilibrio tra le reazioni chimiche.
Quando succede questo si dice che la batteria bolle: si formano delle bollicine che vengono a galla nella soluzione di acido tipo quelle dell’acqua minerale gassata. Questi gas, idrogeno e ossigeno, formano una "miscela tonante", ovvero esplosiva, potenzialmente pericolosa, ragion per cui, nelle batterie moderne, si utilizza una lega di piombo (piombo/antimonio o piombo/calcio) che riduce l’elettrolisi dell’acqua e migliorando al tempo stesso le caratteristiche meccaniche e di durata.
In ambito di autotrazione le batterie si dividono in due macro-famiglie: batterie per avviamento e batterie per trazione.
Le prime sono utilizzate per l’avviamento dei motori termici; le seconde in tutti gli ambiti legati alla movimentazione a trazione elettrica (veicoli elettrici o ibridi, carrelli elevatori, ecc.)
Le caratteristiche delle batterie e/o singole celle (elementi) destinate alle due diverse applicazioni, sono definite da apposite norme CEI-EN. Tali norme, oltre a fissare tutte le caratteristiche a cui le celle devono rispondere in termini di materiali, dimensioni, sicurezza, prestazioni e installazione, fissano anche i metodi di prova per verificare la rispondenza a specifiche di sicurezza e performance.

BATTERIE PER AVVIAMENTO
Negli accumulatori per autoveicoli troviamo sei celle piombo-acido in serie, che generano una differenza di potenziale complessiva di 12,7 V.
Queste batterie hanno le seguenti caratteristiche:
a) usi - alimentano l’impianto elettrico di motocicli, automobili e camion;
b) vantaggi - erogano correnti molto elevate, sono affidabili e di lunga vita, funzionano bene anche a basse temperature.

PROCESSO PRODUTTIVO DELLE BATTERIE PER AVVIAMENTO
La materia prima per la produzione delle griglie è una lega di piombo nella quale è presente anche l’antimonio nella misura dall’1% al 2%. Il materiale, sotto forma di lingotti del peso di circa 45kg, costituisce la base di partenza per la produzione delle griglie e della materia attiva.
Nei reparti di fonderia si procede alla fusione dei lingotti mediante forno fusorio. Una pompa, che pesca nel forno, porta e versa la lega, diventata liquida, nello stampo della macchina fondigriglie che provvede, in tal modo, a realizzare la griglia.
Le griglie, appena prodotte, devono subire un periodo di stagionatura a temperatura ambiente per acquisire la resistenza meccanica necessaria a sopportare la lavorazione successiva.
La materia prima usata per ottenere l’ossido di piombo è composta per il 99,99% da piombo. Il mezzo usato per ottenere il prodotto è un impianto chiamato “mulino”, nel quale vengono introdotti dei cilindretti di piombo ottenuti per fusione. Il mulino è in continua rotazione e riduce in polvere i cilindretti.
La materia attiva è costituita essenzialmente da ossido di piombo, acido solforico, acqua ed altre sostanze. Per la realizzazione del prodotto si impiega una macchina chiamata “molazza” che provvede ad amalgamare tutti gli ingredienti, che sono diversi a seconda del tipo di piastra che si deve realizzare (positiva o negativa).
Le piastre, o placche, sono il risultato dell’unione delle griglie e la materia attiva. Si ottengono mediante una macchina definita “impastatrice”, o “spalmatrice”, la quale provvede a pressare sulla griglia la pasta in modo da riempire tutte le sue maglie. Prima di passare alla successiva fase lavorativa, le piastre devono sostare in una camera umida (stagionatura) all’interno della quale c’è un’umidità relativa del 90% ed una temperatura di circa 40°C. Questo passaggio è necessario per consentire alla pasta di cementarsi sulla griglia in modo da costituire un contatto elettrico.

Le piastre possono prendere due strade, a seconda della versione in cui deve essere utilizzata la batteria:
1) batteria carica secca - la batteria esce dalla fabbrica con le piastre cariche, ma senza elettrolito che viene aggiunto al momento della messa in servizio della batteria;
2) batteria carica pronta all’uso - la batteria esce dalla fabbrica con piastre cariche e completa di elettrolito.

La differenza fra le due versioni sta nel fatto che per la carica secca è possibile disporre di un tempo di stoccaggio superiore a quello consentito per la pronta all’uso.
Le piastre positive e negative, isolate fra loro da separatori microporosi in polietilene o polivinile, immerse in una soluzione acquosa di acido solforico, determinano una differenza di potenziale di circa 2 Volt.
Le cause che determinano il cattivo funzionamento di una batteria possono essere:
a) corto circuito - si manifesta attraverso il contatto diretto di due piastre di segno opposto può essere latente o netto. Il corto circuito si individua misurando la tensione della batteria;
b) interruzione - mettendo la batteria sotto carica si individua qual è l’elemento difettoso poiché questo non “bolle”;
c) inversione - nasce nel momento in cui i gruppi di piastre vengono inseriti nel monoblocco e anziché seguire la serie, rispettando il collegamento fra le varie polarità, capita che un gruppo venga inserito in maniera contraria. L’inconveniente si evidenzia attraverso il rilievo della tensione che risulterà essere di 2 Volt in meno rispetto al valore normale;
d) perdita pneumatica - deriva da una cattiva termosaldatura tra coperchio e contenitore oppure, tra coperchio e setti divisori dei gruppi. Si può individuare soltanto se la batteria viene inclinata o si notano tracce di corrosione nel vano alloggiamento;
e) caduta della materia attiva - è un difetto difficilmente individuabile, in questo caso la parte interna dei tappi si presenta annerita. L’origine del problema può essere determinata da vari fattori, in particolare sovraccarica e vecchiaia;
f) solfatazione - deriva da lunga inattività della batteria carica o da inattività dopo aver subito una scarica. Il fenomeno provoca l’indurimento delle piastre positive sulle quali si forma una patina isolante di solfato che impedisce lo scambio ionico fra le piastre. L’inconveniente si può rilevare misurando la tensione della batteria che avrà valori normali, spesso anche superiori, a differenza della densità che rimane a valori molto bassi ed allo stesso valore per tutti gli elementi;
g) contenitore rotto - è un inconveniente che avviene accidentalmente per caduta della batteria o per urti che la stessa subisce in conseguenza di trasporti o movimentazioni.

BATTERIE PER TRAZIONE
Dal punto di vista della tecnologia costruttiva e produttiva è possibile individuare, anche nello specifico ambito della trazione una seconda importante distinzione
all’interno delle batterie e/o singole celle piombo-acido:
1) batterie acido libero - sono caratterizzate dal fatto che l’elettrolita all’interno delle celle è costituito da una soluzione di acido solforico di densità che differisce in base all’applicazione. La separazione fra le piastre positive e le negative è garantita da fogli o buste in materiale microporoso;
2) batterie AGM (Adsorbed Glass Material) - sono caratterizzate da un sistema di separazione costituito da fogli di lana di vetro. In questo modo l’elettrolita risulta essere assorbito nella lana di vetro.
3) batterie al gel - hanno un sistema di separazione fra le piastre positive e negative simile (anche se diverso in quanto a materiali) a quello impiegato nelle celle ad acido libero, ma la loro reale particolarità è quella di avere un elettrolita non più in forma liquida, bensì in forma gelificata. Con questa tecnica è possibile ottenere gli stessi vantaggi delle celle AGM ma con l’importante possibilità di usare, oltre alle piastre piane, anche le piastre positive tubolari, così come per l’acido libero.

Ringraziamo per la cortese collaborazione Ingegneri e Tecnici della FAAM

Listino del Nuovo

Tutti i veicoli commerciali
Vai al listino