In elettrotecnica e elettrochimica, una pila è un dispositivo che converte energia chimica in energia elettrica, utilizzata tipicamente come generatore di corrente o generatore di tensione per l’alimentazione di circuiti elettrici e dispositivi elettrici. Spesso viene utilizzato il termine batteria e cella galvanica come sinonimo di “pila”.
La pila propriamente detta non è ricaricabile e a tale proposito viene anche detta batteria primaria, per distinguerla dalla batteria ricaricabile che prende invece il nome di batteria secondaria o accumulatore di carica elettrica. Un insieme di più batterie disposte in serie prende invece il nome di pacco batteria.
La base o principio chimico-fisico di funzionamento di una pila è una reazione di ossidoriduzione che avviene al suo interno, in cui una determinata sostanza subisce un processo di ossidazione, perdendo elettroni, mentre un’altra sostanza subisce un processo di riduzione, acquistandoli. Data la sua configurazione, la pila consente di intercettare e sfruttare il flusso di elettroni tra le due sostanze. Tale flusso genera dunque una corrente elettrica continua, il cui potenziale elettrico è funzione delle reazioni di ossidazione e riduzione che vi avvengono. Una pila si scarica quando queste reazioni chimiche raggiungono lo stato di equilibrio. Generalmente le pile sono considerate come sistemi ad alta densità energetica, ma a bassa potenza, contrariamente ai supercondensatori.
Specifiche tecniche
Parametri di riferimento
Una batteria è caratterizzabile nelle sue prestazioni/caratteristiche dai seguenti parametri fisico-elettrici:
Tensione, differenza di potenziale (misurata in volt);
Corrente elettrica o intensità di corrente (misurata in ampere);
Capacità (espressa in ampereora Ah).
Dimensioni comuni
Batterie sia monouso sia ricaricabili sono in commercio in varie dimensioni standard, in modo tale che lo stesso tipo di batteria possa essere utilizzata per svariate applicazioni, non sussistono problemi di compatibilità tra batterie dello stesso tipo. Tra i tipi maggiormente usati per dispositivi portatili includono la serie A, tra cui AA e AAA, comunemente dette “stilo” e “mini stilo”; C o “mezza torcia”; D o “torcia”; PP3 o “9 volt” comune nelle radioline; 4,5 volt, di dimensioni relativamente grandi; varie dimensioni di pile a bottone, e altri tipi specializzati.
Capacità comuni
Le informazioni riguardanti la capacità in Ah delle batterie ricaricabili sono normalmente facilmente disponibili, ma può essere molto più difficoltoso ricavare la capacità per le batterie primarie. A titolo di esempio, alcune capacità di batterie primarie Energizer sono presenti in Energizer Technical Information mentre in Electric Current from a 1.5 Volt Battery sono presenti dei valori relativi ad alcune Duracell.
La capacità delle batterie, ovvero la quantità di carica elettrica che può essere immagazzinata, è comunemente espressa in ampere-ora (Ah), dove 1 Ah equivale a 3 600 coulomb. Per ottenere l’energia in wattora è necessario moltiplicare la capacità in Ah per la tensione nominale.
Una batteria da 1 Ah può erogare una corrente di 0,1 ampere per dieci ore prima di scaricarsi. In realtà la capacità reale è molto dipendente dal tasso di scaricamento, decrescendo con l’aumentare della corrente richiesta. Per questo una batteria da 1 Ah solitamente non riesce a fornire 1 ampere per un’ora.
Di solito la capacità è intesa come il prodotto tra la corrente erogata, misurata nell’arco di 10 o 20 ore, e il tempo.
La capacità è misurata sperimentalmente sottoponendo la batteria ad un ritmo di scarica standard, solitamente con una corrente che faccia scaricare la batteria in venti ore ovvero una corrente pari alla capacità della batteria diviso venti ore.
Ci sono in commercio dei tester di capacità delle batterie primarie (non ricaricabili) e secondarie (ricaricabili).
Componenti e fattori elettrici
Le celle di cui si compone una batteria possono essere collegate in parallelo, in serie o in entrambe i modi. In entrambi i casi possono verificarsi problemi dal tipo di collegamento e danno del singolo componente, perciò solitamente costituite da un circuito elettronico atto a proteggerle da questi problemi, chiamato “sistema di gestione della batteria”. In entrambi i tipi in serie e in parallelo, l’energia totale di una batteria equivale alla somma delle energie immagazzinate in tutte le singole celle. Una combinazione di celle in parallelo possiede la stessa tensione di una singola cella ma è in grado di fornire una corrente maggiore ed eguale alla somma delle singole correnti di tutte le celle. Una combinazione in serie possiede la stessa corrente di una singola cella ma il valore della sua tensione corrisponde alla somma delle tensioni di tutte le singole celle.
