Accumulatore al piombo

Un accumulatore al piombo immagazzina elettricità in piastre di piombo e di biossido di piombo immerse in acido solforico diluito, la restituisce come corrente e si può ricaricare centinaia di volte. Gaston Planté costruì la prima cella nel 1859; con le piastre impastate di Camille Faure, nel 1881, divenne un prodotto industriale, e ancora oggi avvia la maggior parte delle automobili del mondo.

Che cos’è

Un accumulatore al piombo mette da parte l’elettricità in forma chimica e la restituisce come corrente, centinaia di volte di seguito. Ogni cella contiene piastre di piombo in acido solforico diluito e fornisce circa due volt. Una batteria per auto riunisce sei celle in serie in un unico contenitore: dodici volt.

Il fisico francese Gaston Planté costruì nel 1859 la prima cella ricaricabile: si ricaricava facendovi passare la corrente in senso inverso. Nel 1881 Camille Faure cambiò la preparazione delle piastre rivestendole di ossido di piombo, così che le celle erano pronte prima e si potevano produrre in fabbrica. La reazione all’interno è quella di Planté.

Come funziona

Una piastra impastata: la pasta di ossido di piombo viene pressata in una griglia di piombo colato che la trattiene.

Le piastre positive (1) portano biossido di piombo, una polvere marrone scuro. Le negative (2) portano piombo spugnoso, grigio e pieno di pori perché l’acido raggiunga quanto più metallo possibile. I separatori (3) le tengono distanti, e l’elettrolita (4), acido solforico diluito in acqua, riempie ogni interstizio.

Durante la scarica il piombo e il biossido di piombo delle piastre reagiscono con l’acido e si trasformano in solfato di piombo, mentre le griglie di piombo conducono la corrente. Gli elettroni lasciano la piastra negativa e raggiungono la positiva attraverso il circuito esterno, dove alimentano la lampada o il motore. La reazione consuma acido e produce acqua, quindi l’elettrolita si diluisce man mano che la cella si scarica: in una batteria di avviamento la sua densità relativa (rispetto all’acqua) scende da circa 1,265 a circa 1,12.

La carica fa girare la reazione al contrario. La corrente di un generatore, di un pannello solare o di un caricabatterie collegato alla rete riporta il solfato a piombo e biossido di piombo, e l’acido torna nel liquido. Verso la fine resta poco solfato e una parte della corrente scompone l’acqua: l’idrogeno si libera sulle piastre negative, l’ossigeno sulle positive. Per questo le batterie aperte perdono acqua e i locali di carica vanno aerati.

La capacità si misura in amperora (Ah): una batteria da 60 Ah fornisce 3 A per circa 20 ore, il periodo di riferimento abituale, e meno se la si scarica più in fretta. Il solfato lasciato per settimane su una piastra scarica può crescere in cristalli duri che una carica normale potrebbe non sciogliere più, e le scariche profonde consumano la materia attiva. In un confronto di Battery University, una batteria di avviamento svuotata del tutto ogni volta è durata da 12 a 15 cicli, contro 130-150 quando se ne usava solo il 30%.

Come fare

Fabbricare le celle significa maneggiare piombo fuso e acido concentrato, perciò questa sezione spiega come scegliere, caricare e curare una batteria acquistata.

Dimensionarla sul consumo. Una baita accende ogni giorno tre lampade LED da 5 W per cinque ore e una radio da 10 W per tre: 75 + 30 = 105 wattora, circa 9 Ah a 12 V. Prevedete due giorni senza ricarica (18 Ah) e non usate più di metà della capacità: servono almeno 36 Ah. Scegliete una batteria a ciclo profondo da 40 a 50 Ah, perché anche il freddo riduce la capacità.

Caricare alla tensione giusta. Usate un caricabatterie adatto alla tensione e al tipo della batteria (aperta, AGM o al gel) e seguite il profilo di carica del costruttore. A circa 25 °C una batteria aperta da 12 V si carica di solito fino a 13,8–14,7 V a seconda del modello, poi si mantiene a circa 13,5 V; un buon caricabatterie adatta la tensione di carica alla temperatura della batteria. Con un pannello solare, inserite un regolatore di carica tra pannello e batteria. Qualunque sia la fonte di carica, montate un fusibile adatto al cavo vicino al polo positivo e proteggete ogni circuito che alimenta un apparecchio. Ricaricate poco dopo ogni uso e non caricate mai una batteria congelata.

Si preme la pompetta, si aspira l’acido da una cella e si guarda a che altezza sale il galleggiante: più l’acido è denso, più la cella è carica.

Controllare lo stato di carica. Lasciate riposare la batteria scollegata almeno quattro ore, meglio un giorno, poi misurate la tensione ai morsetti. Per esempio, una batteria di avviamento a 26 °C, dopo un giorno di riposo, segna circa 12,65 V carica e circa 11,9 V scarica; ogni modello è diverso, quindi usate la tabella del costruttore. Nelle batterie aperte un densimetro misura ogni cella: sulla stessa batteria, circa 1,265 carica e circa 1,12 scarica.

Rabboccare solo con acqua distillata. Aggiungete acqua distillata fino al segno dopo la carica, a batteria raffreddata; se le piastre sono scoperte già prima della carica, versatene solo quanto basta a coprirle. Non aggiungete mai acido. Le batterie sigillate AGM e al gel non richiedono acqua.

Pulire, conservare, riciclare. Spazzolate le incrostazioni dei morsetti con acqua e bicarbonato senza farne entrare nelle celle, poi asciugate e ingrassate i poli. Conservate la batteria carica, in un luogo fresco e asciutto; controllatene la tensione circa una volta al mese e ricaricatela prima che scenda sotto circa 12,3 V, o sotto la soglia indicata dal costruttore, e comunque almeno ogni sei mesi. Riportate la batteria esausta a un rivenditore o a un punto di raccolta.

Sicurezza. L’acido delle batterie ustiona pelle e occhi: indossate occhiali protettivi e guanti resistenti agli acidi. In caso di schizzi, sciacquate con acqua corrente per almeno 30 minuti e rivolgetevi a un medico. La carica libera idrogeno, che una scintilla o una fiamma possono incendiare: caricate in un luogo aerato, non fumate nelle vicinanze e spegnete il caricabatterie prima di applicare o togliere le pinze. Sull’auto, staccate per primo il cavo collegato alla carrozzeria (quasi sempre il negativo) e ricollegatelo per ultimo. Un cortocircuito fa passare centinaia di ampere e può fondere una chiave: usate attrezzi isolati e togliete anelli e orologio. Una batteria per auto può pesare 15 kg o più: tenetela dritta e sollevatela piegando le gambe. Il piombo è tossico: lavatevi le mani dopo averla maneggiata, non bruciate mai una batteria né apritene il contenitore (in una batteria aperta si tolgono solo i tappi di riempimento) e tenetela lontana dai bambini.

Storia ed evoluzione

Planté presentò le sue celle all’Accademia delle scienze di Parigi nel 1860: lamine di piombo separate da strisce di gomma in acido diluito, «formate» invertendo più volte la corrente finché la loro superficie diventava porosa.

File di celle in vetro tenevano in funzione centrali di illuminazione e centrali telefoniche durante i picchi e i guasti.

Finché caricarle voleva dire consumare pile, gli accumulatori rimasero nei laboratori; negli anni Settanta dell’Ottocento la dinamo cambiò le cose. La pasta di Faure sostituì mesi di formazione con un’unica carica di circa sessanta ore. Le centrali elettriche degli anni Ottanta e Novanta dell’Ottocento tenevano batterie in parallelo alla rete per assorbire il picco serale. Dal 1893 circa le centrali telefoniche alimentarono le linee degli abbonati da una batteria centrale.

Intorno al 1900 le auto elettriche, per lo più con batterie al piombo, erano circa un terzo dei veicoli sulle strade americane. L’avviamento elettrico di Charles Kettering, montato sulla Cadillac del 1912, rese superflua la manovella; man mano che lo adottarono le altre marche, la batteria di avviamento diventò di serie. Negli Stati Uniti si ricicla circa il 99% delle batterie al piombo, e quelle nuove contengono oltre l’80% di materiale riciclato.