Viviamo in un mondo in cui tutto funziona a batterie, e ne esistono talmente tante che spesso si fa fatica a districarsi tra le varie tipologie. Esistono pile di diversi colori, forme e dimensioni; tuttavia, la batteria è diventata un oggetto talmente comune che lo si da per scontato, senza soffermarsi a studiarne il funzionamento. Ed è un peccato, perché il meccanismo della pila è molto affascinante. Cerchiamo dunque di capirlo insieme, rendendolo il più agevole possibile.
Batterie primarie e secondarie
Una prima distinzione da fare è quella tra batterie primarie e secondarie. È molto semplice: le batterie primarie sono quelle usa e getta, mentre le secondarie sono conosciute come batterie ricaricabili. La batteria primaria è quella originale, quella inventata da Alessandro Volta nel 1800 e definita all’epoca il più meraviglioso strumento inventato dall’umanità (l’unità di misura della tensione elettrica, il Volt, deve il suo nome proprio a Volta).
Uno dei vantaggi delle batterie primarie è che sono più economiche, ed esistono in quasi tutte le dimensioni e le tipologie, il che le rende davvero versatili e facilmente reperibili, in quanto si possono trovare praticamente ovunque. Il vantaggio delle batterie secondarie, invece, è proprio quello di poterle ricaricare. Queste pile sono generalmente usate per dispositivi che consumano molta energia, per cui un cambio continuo di pile sarebbe dispendioso e poco pratico (si pensi agli apparecchi acustici, ai telefoni cellulari, ai laptop, ad alcuni orologi da polso ecc).
Potete farvi un’idea dei diversi tipi di pile sul sito Torricellasrl.it
Come funziona una batteria
Fatta questa distinzione, arriviamo al nocciolo della questione. Che sia primaria o secondaria, la batteria è formata da atomi e ogni atomo è composto da tre diversi tipi di particelle:
protoni (positivi)
elettroni (negativi)
neutroni (neutri)
In teoria, la quantità di particelle negative e positive è la stessa, ma se si eliminasse un protone l’atomo diventerebbe negativo. A quel punto, cercherebbe altri atomi con cui scambiare protoni, per tornare al suo stato di equilibrio. È proprio questo flusso di atomi in movimento che crea una corrente di elettricità.
Ogni batteria è formata da tre parti: anodo, catodo, elettrolita.
Nella classica pila cilindrica, l’anodo è contrassegnato col segno -, e il catodo col segno +.
Quando la batteria è carica, l’anodo è negativo e il catodo positivo. Questo perché l’anodo contiene molti elettroni e il catodo ne è privo. Esattamente come nel procedimento descritto prima, l’anodo cercherà di passare al catodo i suoi elettroni in eccesso, affinché torni l’equilibrio nella batteria.
Gli elettroni viaggiano verso il catodo finché l’anodo ne rimane sprovvisto. A questo punto la batteria è scarica e può essere gettata.
L’elettrolita, invece, funge da barriera tra anodo e catodo, permettendo di controllare il flusso di corrente e consentendo lo scambio soltanto quando la batteria è connessa a un dispositivo.
Senza l’elettrolita, quindi, la batteria risulterebbe inutile, poiché si esaurirebbe subito. L’elettrolita tiene separati catodo e anodo, in modo che non possa avvenire nessuno scambio, e che il flusso inizi soltanto nel momento in cui la pila viene inserita nell’apparecchio (per esempio un telecomando).
Come funziona una batteria ricaricabile
Il funzionamento delle batterie secondarie è identico, solo che aggiunge un pezzettino di strada al processo visto poco sopra: una volta scaricata, la batteria viene collegata a un caricatore, e il caricatore è in grado di invertire il flusso.
Quando la batteria è esaurita, l’anodo è rimasto senza elettroni, perché sono passati tutti al catodo.
Quando si inserisce la batteria nel caricatore il flusso riprende, ma al contrario: gli elettroni si staccano dal catodo per tornare verso l’anodo. Quando tutti avranno raggiunto l’anodo, la batteria sarà al 100% carica.
Ovviamente, se si scende nei dettagli le cose si fanno un po’ più complesse e si diversificano in base al tipo di batteria (alcaline, al litio, al piombo ecc), ma questi sono i meccanismi alla base del funzionamento di una pila, e la prossima volta che metterete in carica il telefonino saprete cosa sta accadendo all’interno, mentre vedrete la percentuale di carica che aumenta.