Stai navigando sul sito web per i clienti provenienti da: Italy. In base ai dati sulla posizione, la versione suggerita della pagina è USA / US

Il tuo browser non è più supportato, scarica una nuova versione

Chrome Chrome Scarica
Firefox Firefox Scarica
Opera Opera Scarica
Internet explorer Internet Explorer Scarica
Pannello cliente
Nel tuo carrello

Batterie (celle) al litio, alcaline, all'argento e altri tipi - quali sono i tipi di batterie?

2020-07-06

Batterie (celle) al litio, alcaline, all'argento e altri tipi - quali sono i tipi di batterie?

L'inventore delle "batterie" da noi sinora utilizzate (nome con cui chiamiamo impropriamente questo dispositivo) è l'ingegnere francese Georges Leclanché, che costruì la propria cella (così dovremmo chiamarla correttamente) nell'anno 1866. Tuttavia, questa cella non deve essere confusa con le batterie ricaricabili, disponibili nelle stesse dimensioni; il cui principio di funzionamento è diverso (la differenza tra batterie e batterie ricaricabili verrà illustrata alla fine dell'articolo). Poiché la necessità è la madre delle invenzioni, la cella di Leclanché originale con una tensione nominale di ca. 1,5V veniva utilizzata per alimentare telegrafi, campanelli e i primi telefoni. Oggigiorno, dopo oltre 150 anni, queste batterie vengono utilizzate per alimentare piccoli apparecchi elettrici, come ad es. giocattoli, radio, lettori musicali, torce elettriche e altri ancora. Oltre a questi dispositivi di uso quotidiano, sempre più frequentemente vengono utilizzate celle più costose, realizzate con l'impiego del litio.

Batterie (celle) al litio, alcaline, all'argento e altri tipi - quali sono i tipi di batterie?

L'ampia gamma dei dispositivi alimentati pone requisiti diversi per le celle in termini di capacità, tensione o corrente di corto circuito. Ciò riflette le loro dimensioni e la forma, così come la struttura e il tipo di materiale utilizzato per l'elettrodo o l'elettrolita. Quali sono le differenze tra le diverse "batterie" e come usarle correttamente?

Celle allo zinco-carbone

Lo svantaggio della cella di Leclanché originale era l'uso di un elettrolita liquido al suo interno. Questa era composta da un recipiente in cui erano collocati un elettrodo di zinco e un contenitore di materiale poroso. All'interno di questo contenitore veniva versato del biossido di manganese in polvere mescolato con polvere di grafite e al suo interno era inserita un'asta di grafite. Il recipiente esterno veniva riempito con una soluzione concentrata di cloruro di ammonio. Il biossido di manganese svolgeva la funzione del cosiddetto depolarizzatore dell'elettrodo di grafite, assorbendo l'idrogeno secreto. In caso contrario le bollicine di gas accumulatesi sulla superficie di carbonio dell'asta l'avrebbero isolata dal resto dell'elettrolita e avrebbero interrotto il passaggio della corrente.

Il maggiore impatto sulla comodità di utilizzo di questa sorgente di alimentazione ha avuto la costruzione della versione asciutta di questa cella. Ciò avvenne in Germania nel 1887 ad opera di Carl Gassner. Quest'ultimo sostituì la soluzione liquida di cloruro di ammonio con una miscela di questo sale con polvere di gesso umido (attualmente viene utilizzata una pappa di amido o gel di silice).

Nel corso dei suoi oltre 150 anni di carriera, la cella di Leclanché (comunemente denominata batteria allo zinco) ha visto molte modifiche volte ad aumentare la sua durata e capacità. Un modo per prolungare la durata è quello di aggiungere cloruro di zinco alla pasta di riempimento del contenitore; queste batterie vengono chiamate Heavy Duty e sono progettate per alimentare dispositivi più esigenti. Bisogna tenere presente che il cloruro di ammonio è un sale ottenuto da un elemento debolmente basico e un acido forte, pertanto idrolizza e produce una reazione acida della soluzione di riempimento della cella. In un tale ambiente, lo zinco viene continuamente disciolto, anche quando non preleviamo elettricità dal circuito. Per contrastare questo fenomeno, vengono utilizzate varie tecniche per ridurre al minimo il consumo di metallo durante lo stato di inattività della batteria. Una di queste è l'amalgamazione, ossia la copertura con mercurio della superficie interna della coppa di zinco. Il mercurio forma una soluzione con lo zinco, e l'amalgama di zinco praticamente non reagisce con gli acidi, ma mantiene tutte le proprietà elettrochimiche del metallo puro. Per motivi tutela ambientale, questo metodo per aumentare la durata delle celle viene utilizzato sempre più raramente (nelle celle prive di mercurio è visibile la scritta "0% mercurio" o "priva di mercurio"). Le attuali batterie allo zinco-carbonio presentano una densità energetica teorica da 40 a 70 Wh/kg. L'intervallo di temperatura di esercizio è -10...+50°C. La durata delle batterie allo zinco-carbonio è di circa 2 anni.

Scopri le celle allo zinco più popolari, disponibili dell'offerta della TME!


"Fuoriuscite dalle batterie"

Quando si utilizzano celle di zinco-carbonio, bisogna ricordare di non lasciarle nel dispositivo a causa della possibilità di perdite dell'elettrolita. Quest'ultimo provoca corrosione e può danneggiare l'apparecchio.

Batterie alcaline del marchio Energizer

La pietra miliare nel campo delle batterie usa e getta è stato l'anno 1955 e la costruzione della cella alcalina. L'invenzione avvenne ad opera dall'ingegnere canadese Lewis Frederick Urry, dipendente della società che oggi si chiama Energizer. Nella sua cella non è presente il catodo in grafite e il recipiente di zinco. Entrambi gli elettrodi sono costituite da una pasta umida separata tra di loro. La miscela di biossido di manganese e grafite svolge la funzione di catodo, mentre l'anodo è realizzato con polvere di zinco mescolato con idrossido di potassio. Entrambe le miscele inoltre sono integrate con sostanze addensanti. In metallo sono realizzate esclusivamente i dei poli.

Le batterie alcaline sono caratterizzate da prestazioni significativamente migliori e, soprattutto, da una maggiore capacità di carico di corrente e una maggiore durata. Inoltre presentano una maggiore densità energetica, che teoricamente varia da 80 a 100 Wh/kg e un intervallo più ampio di temperatura di funzionamento, pari -30…+70°C. La vita utile della batteria è compresa tra 5 e 7 anni. Le designazioni delle batterie alcaline contengono la lettera L, ad esempio per la batteria normale R6 (colloquialmente indicata come "stilo"), che nella versione alcalina è denominata LR6.

Scopri le batterie alcaline più popolari disponibili dell'offerta della TME!


Batterie al litio-manganese

Le batterie al litio, ad es. le batterie al litio AA, in realtà sono batterie al litio-manganese. La loro tensione nominale è di 3 V. Sono resistenti alle fluttuazioni di temperatura e presentano un'elevata densità energetica – fino a 270 Wh/kg. In questo modo le batterie al litio AA possono immagazzinare quasi il triplo dell'energia rispetto alle batterie alcaline AA. Vengono utilizzate ad es. in elettrodomestici quali - orologi, telecamere, fotocamere, così come nei computer. Mantengono l'energia ancora più a lungo, poiché fino a 10 anni.

La famiglia delle batterie al litio include molti sottotipi, accomunati dall'utilizzo del litio o dei suoi composti come anodo. Tra i composti utilizzati come materiale del catodo vi sono ad es. l'ossido di manganese, il cloruro di tionile, l'ossido di zolfo, lo iodio, il cromato d'argento e altri ancora. Questi tipi di batterie possono produrre tensioni da 1,5V a 3,7V, a seconda delle sostanze chimiche utilizzate.

Le batterie al litio-manganese hanno una durata estremamente lunga, pertanto spesso vengono utilizzate per alimentare dispositivi con un'elevata vita utile come ad es. pacemaker, impianti acustici, orologi, batterie tampone per memoria di configurazione nelle apparecchiature elettroniche, ecc. Gli indubbi vantaggi includono un'elevata resistenza alla scarica con corrente elevata e un'ampia gamma di temperatura di funzionamento (persino da -40 a +65°C).

In passato, le batterie di questo tipo erano molto costose e pertanto raramente utilizzate. Oggigiorno, oltre che nelle apparecchiature che richiedono una lunga vita utile, vengono utilizzate anche in alcuni giocattoli. Uno dei tipi più popolari di batterie al litio sono le, cosiddette batterie a bottone, chiamate colloquialmente "batterie piatte da 3V". Devono il loro nome all'aspetto, simile ad un bottone e alle dimensioni ridotte. In commercio sono disponibili altri tipi di queste batterie, tuttavia a causa del prezzo abbastanza elevato rispetto alle batterie alcaline, queste vengono utilizzate raramente.

A causa della loro lunga durata, le batterie realizzate con celle di questo tipo spesso dispongono di uscite saldate, che vengono utilizzate per saldarle alla scheda su cui verranno installate. In pratica, se si utilizza una batteria simile per alimentare la memoria statica RAM CMOS o il circuito di un orologio RTC, potremo contare su diversi anni di funzionamento senza la necessità di procedere alla sostituzione.

Scopri le celle al litio più popolari disponibili nell'offerta della TME!


Batterie all'argento

La tensione nominale delle pile all'ossido d'argento è di 1,55 V. Il catodo in questa pila è realizzato in ossido d'argento e l'anodo con ossido di zinco. L'elettrolita è costituito da una soluzione di idrossido di potassio. Le batterie all'argento sono state inventate alla fine del XIX secolo, tuttavia la produzione in serie è iniziata solo negli anni '60 del XX secolo. Spesso sono note come batterie all'ossido d'argento o argento-zinco.

Le batterie all'argento presentano una tensione di uscita stabile e una caratteristica di scarica piatta. La tensione in corrispondenza dei morsetti della pila scende molto rapidamente dopo lo scaricamento. La densità energetica teorica è di 130…150 Wh/kg. Le batterie all'argento sono progettate per l'uso in dispositivi sensibili alle variazioni di tensione, che richiedono una tensione stabile, ad es. gli strumenti di misura.

La durata di una batteria all'argento è di circa 2 anni. Tra i difetti principali bisogna segnalare il fatto che lo zinco è soggetto alla corrosione nell'elettrolita alcalino, causando il degrado della batteria. Va quindi ricordato che il più delle volte dopo circa 5 anni, da queste batterie possono avvenire delle fuoriuscite, causando un rischio per l'ambiente.

Scopri le batterie all'argento più popolari, disponibili dell'offerta della TME!


Designazioni e dimensioni delle batterie più comuni

Di seguito presenteremo e spiegheremo le marcature e le dimensioni delle batterie più popolari disponibili sul mercato:

Batterie AA (stilo)

Le batterie "AA", chiamate colloquialmente "stilo", in alternativa vengono contrassegnate con la dicitura R6 nella versione normale e LR6 nella versione alcalina. Le dimensioni delle batterie "AA" sono 14 mm di diametro e un'altezza di 50 mm. La loro tensione nominale è 1,5 V. Le batterie "AA" disponibili oggigiorno presentano una capacità da 1600 a circa 2500 mAh.

Batterie AAA (mini stilo)

Le batterie "AAA" costituiscono una versione più piccola delle batterie stilo, sono ugualmente popolari e sono dotate di designazione R03 nella versione normale e LR03 nella versione alcalina. Presentano la stessa tensione delle pile "AA". Le batterie "AAA" presentano un diametro di 10 mm e un'altezza di 44 mm. Inoltre hanno una capacità minore – da 800 mAh a circa 1200 mAh.

 

Batterie LR61, R14, R20 e altre

Un'altra variante di batterie più piccole delle stilo è costituita dalle batterie alcaline LR61. Le loro dimensioni sono 8,3 mm di diametro e un'altezza di 42,5 mm. La tensione nominale è di 1,5 V e la capacità raggiunge i 650 mAh. Se si necessita di una maggiore capacità, sarà necessario utilizzare delle batterie cilindriche con designazione R14 o superiore - R20. Le dimensioni delle batteria R14 sono 23 mm di diametro e un'altezza di 50 mm. La loro capacità può raggiungere i 8000 mAh. La più grande tra le batterie cilindriche più popolari è il modello denominato R20. Le dimensioni delle batterie R20 sono 33 mm di diametro e un'altezza di 58 mm. La loro capacità raggiunge i 21000 mAh.

Batterie con una tensione diversa da 1,5 V vengono create mediante il collegamento in serie delle celle. Per esempio, la cosiddetta batteria piatta è costituita da 3 celle R10 collegate in serie. Altre, come la popolare batteria da 9 volt con designazione 6F22 è costituita da 6 celle F22 collegate in serie, e presenta dimensioni 25 mm x 15 mm x 8 mm, ed è racchiusa in un unico alloggiamento a forma di parallelepipedo.

La capacità della batteria sopracitata deve essere considerata indicativa, poiché il progresso tecnologico costante e l'enorme fabbisogno di fonti energetiche efficienti portano ad un costante sviluppo dei prodotti e i loro parametri sono soggetti a cambiamenti. Le dimensioni e le designazioni di tipo delle popolari batterie allo zinco-carbone e alcaline sono elencate nella tabella seguente.

Designazione della batteria Dimensioni della batteria Tensione nominale della batteria
ANSI IEC NEDA Altre [mm] [V]
N R1 910A - L=30,2 mm; D=12 mm 1,5 V
AAAA LR61 25A MN2500 L=42 mm; D=8 mm 1,5 V
AAA R03 24A MN2400, AM4, UM4, HP16 L=44,5 mm; D=10,5 mm 1,5 V
AAAL - - - L=50 mm; D=10,5 mm 1,5 V
AA R6 15A MN1500, AM3, UM3, HP7 L=50 mm; D=14,2 mm 1,5 V
- R10 - - L=34 mm; D=21 mm 1,5 V
- 2R10 - - L=68 mm; D=21 mm 3 V
C R14 14A UM2, MN1400, HP11 L=50 mm; D=23 mm 1,5 V
D R20 13A MN1300, UM1, HP2 L=58 mm; D=33 mm 1,5 V
F - - - L=87 mm; D=32 mm 1,5 V
J - - - L=150 mm; D=2 mm 1,5 V
- 3R12 - GP312S, batteria piatta Parallelepipedo 67 mm × 22 mm × 67 mm 4,5 V
- - - lantern, 996 Parallelepipedo 68 mm×115 mm×68 mm 6 V
PP3 6LR61, 6F22, 6R61 1604A MN1604, block Parallelepipedo 48 mm×25 mm×15 mm 9 V
- 6F25 - - Parallelepipedo 48 mm×25 mm×25 mm 9 V
PP9 6F100 1603 - Parallelepipedo 51,6 mm×65,1 mm×80,2 mm 9 V
- 4R25X 908 MN908 Parallelepipedo 110 mm×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4R25 915A - Parallelepipedo 110 mm ×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4LR25-2 918A MN918 Parallelepipedo 127 mm×136,5 mm×73 mm 6 V
- - - PC926 Parallelepipedo 127 mm×136,5 mm×73 mm 12 V

Le designazioni delle batterie a bottone al litio non richiedono l'apprendimento dei loro parametri, in quanto tutte presentano una tensione nominale di 3V, mentre le dimensioni sono codificate nella designazione della batteria, come segue CR<2 cifre, diametro in mm><2 cifre, spessore – valore x0,1 mm>. Ad esempio, i numeri contenuti nel simbolo della popolare batteria CR2032 indicano un diametro di 20 mm e uno spessore di 3,2 mm.

Sfortunatamente, l'affermazione di cui sopra si applica solo ai tipi popolari di batterie al litio-manganese con una tensione nominale di 3V. Tra le batterie a bottone sono disponibili anche batterie all'argento, che sono contrassegnate diversamente.

Qual è la differenza tra batterie e batterie ricaricabili?

In breve, la batteria è una cella monouso, che, dopo aver esaurito l'elettricità accumulata al suo interno, diventa inutilizzabile, poiché non può essere ricaricata (ossia non può accumulare nuovamente energia elettrica al suo interno). Il loro opposto sono le batterie ricaricabili, ossia celle con una vita utile da diverse centinaia a diverse migliaia di cicli di ricarica – scarica.

Breve riassunto delle informazioni più importanti sulle batterie

Nell'ambito di questo breve articolo abbiamo descritto solo i tipi più comuni di batterie allo zinco-carbonio, alcaline e al litio-manganese. È impossibile riassumere 150 anni di sviluppo tecnologico e sperimentazione con sostanze diverse. Pertanto abbiamo omesso le batterie al mercurio quasi introvabili, ritirate dall'uso a causa del contenuto di sostanze pericolose per l'ambiente e altre soluzioni meno comuni nelle applicazioni quotidiane, come le batterie zinco-aria o le batterie all'argento.

Infine, una nota che si applica a tutti i tipi di cellule usa e getta. Nonostante i vari tentativi di molte persone, le batteria usa e getta non sono riciclabili e non devono essere ricaricate! I processi chimici che avvengono nell'elettrolita non possono essere invertiti ricaricando la batteria, mentre il gas emesso durante il passaggio della corrente può causare la deformazione e l'esplosione della cella.


Bibliografia:

  • mlodytechnik.pl/eksperymenty-i-zadania-szkolne/chemia/4695-ogniwa-uzywane-wspolczesnie
  • www.energizer.eu/pl/battery-history/
  • pl.wikipedia.org/wiki/Bateria_ogniw
  • telefix.ugu.pl/baterie.htm

rightColumnPicture

LEGGI ANCHE