Progressi tecnologici delle batterie: dagli shock iniziali all'accumulo moderno

Ogni giorno, ci affidiamo alle batterie per alimentare i nostri telefoni, i telecomandi, i veicoli elettrici e persino le auto. Ma vi siete mai chiesti come gli scienziati misurassero la "carica" delle batterie in un'epoca precedente ai voltmetri? La risposta potrebbe scioccarvi, letteralmente. Usavano i propri corpi per valutare l'intensità delle scosse elettriche.

Nel 1800, lo scienziato italiano Alessandro Volta inventò la prima vera batteria, la "Pila Voltaica". Questo dispositivo rudimentale era costituito da strati alternati di zinco, argento e cartone imbevuto di acqua salata. Quando i dischi di zinco e argento entravano in contatto, una reazione chimica produceva una corrente elettrica, segnando l'alba dell'energia elettrochimica.

Ma senza strumenti moderni, come fecero Volta e i suoi contemporanei a misurare la potenza della loro invenzione? Ricorsero a un metodo audace: sperimentazione personale . Gli scienziati posizionavano i terminali della batteria sulla lingua o sulle mani, affidandosi all'intensità della scossa risultante per stimare la tensione. Più forte era la scossa, più potente era la batteria.

Questo approccio, sebbene pericoloso e soggettivo, era l'unica opzione disponibile all'epoca. Sottolinea fino a che punto i primi ricercatori si spinsero nella loro ricerca per sfruttare l'elettricità. Fortunatamente, l'avvento di voltmetri e amperometri rese presto obsolete tali pratiche rischiose.

L'invenzione di Volta accese una rivoluzione nella tecnologia delle batterie. Gli scienziati perfezionarono il suo progetto, portando allo sviluppo di celle secche e batterie al piombo-acido, alternative più pratiche e sicure.

Celle secche , un'innovazione fondamentale, sostituirono gli elettroliti liquidi con sostanze simili a pasta, eliminando i rischi di perdite. Questo le rese ideali per i dispositivi di uso quotidiano come torce e giocattoli. Immaginate un mondo senza di esse: i telecomandi richiederebbero la sintonizzazione manuale e i giocattoli si affiderebbero a meccanismi di carica.

La cella secca più comune, la batteria zinco-carbonio, presenta un anodo di zinco, un catodo di carbonio e un elettrolita a pasta di biossido di manganese, cloruro di ammonio e cloruro di zinco. Queste celle usa e getta generano inizialmente 1,5 volt, ma si degradano man mano che i reagenti si esauriscono. La loro natura monouso contribuisce ai rifiuti ambientali, sollecitando appelli per alternative ricaricabili.

Le batterie alcaline, una variante migliorata, sostituiscono l'asta di carbonio con una pasta di zinco-metallo e idrossido di potassio. Questo design riduce la resistenza interna, consentendo correnti più elevate e una maggiore durata di conservazione. Sebbene più costose, la loro uscita di tensione stabile le rende ideali per dispositivi ad alto consumo.

Tecnicamente, una singola cella secca è una cella elettrochimica , non una batteria. Le vere batterie comprendono più celle che lavorano all'unisono. Ad esempio, la batteria al piombo-acido di un'auto combina sei celle per erogare 12 volt, sufficienti per avviare un motore.

Le batterie al piombo-acido, centrali elettriche ricaricabili, dominano le applicazioni automobilistiche. Ogni cella contiene anodi di piombo e catodi di biossido di piombo immersi in acido solforico. Durante la scarica, questi componenti reagiscono per formare solfato di piombo e acqua, rilasciando energia. La ricarica inverte il processo, ripristinando la batteria, sebbene in modo imperfetto, poiché l'accumulo di solfato alla fine limita la durata a 3-5 anni.

Innovazioni moderne come le batterie agli ioni di litio e le celle a combustibile promettono densità energetiche più elevate, ricarica più rapida e profili più ecologici. La tecnologia agli ioni di litio, già onnipresente nell'elettronica e nei veicoli elettrici, si basa sul movimento reversibile degli ioni di litio. Nel frattempo, le celle a combustibile, che utilizzano idrogeno e ossigeno, emettono solo acqua, posizionandole come una frontiera dell'energia pulita.

Con la crescita del consumo di batterie, cresce anche la necessità di un corretto riciclaggio. Le batterie scartate rilasciano metalli pesanti, contaminando gli ecosistemi. I consumatori dovrebbero:

• Riciclare le batterie usate presso strutture designate
• Optare per opzioni ricaricabili o ecologiche
• Evitare di sovraccaricare o esporre le batterie a temperature estreme

Dalla prima scintilla di Volta ai progressi odierni agli ioni di litio, le batterie hanno trasformato la vita umana. Mentre la ricerca continua, la prossima generazione di accumulo di energia rivoluzionerà ulteriormente il nostro mondo, in modo sicuro, efficiente e sostenibile.