La cella elettrochimica: come una cella batteria produce elettricità
Una cella è l'unità elettrochimica fondamentale che converte energia potenziale chimica in energia elettrica tramite una reazione redox spontanea.
Componenti principali
- Anodo (elettrodo negativo): Avviene l'ossidazione. Il materiale cede elettroni (es. Zn, LiC₆, Pb).
- Catodo (elettrodo positivo): Avviene la riduzione. Il materiale accetta elettroni (es. MnO₂, LiCoO₂, PbO₂).
- Elettrolita: Conduttore di ioni, isolante di elettroni. Permette l'equilibrio di carica tramite flusso ionico (OH⁻, Li⁺, H₂SO₄).
- Separatore: Membrana porosa che previene il corto circuito elettrico permettendo il passaggio degli ioni.
Reazione di scarica (generica)
Anodo: M → Mⁿ⁺ + n e⁻ (ossidazione)
Catodo: N + n e⁻ → Nⁿ⁻ (riduzione)
Complessiva: M + N → Mⁿ⁺ + Nⁿ⁻ + Energia elettrica
Tipi di cella
| Categoria | Esempi | Reversibile? | Caratteristica chiave |
|---|---|---|---|
| Primaria | Alcaline (Zn/MnO₂), Li-MnO₂, Zn-Aria, Ag₂O | No | Alta shelf life, bassa autoscarica |
| Secondaria (ricaricabile) | Li-ion, LiFePO₄, NiMH, NiCd, Piombo-acido, Na-ion | Sì (cicli limitati) | Reazione invertita da corrente esterna |
| Riserva / Termica | Batterie per missili, sale fuso | Uso singolo | Attivata da calore/iniezione liquido |
| Cella a combustibile | H₂/O₂, DMFC, SOFC | Continua (rifocillamento) | Non è una batteria — sistema aperto |
Batteria = assemblaggio celle in serie/parallelo
- Serie: La tensione si somma (3,7 V × 3 = 11,1 V pacco).
- Parallelo: La capacità si somma (3 Ah × 2 = 6 Ah). Richiede celle abbinate + BMS.
Chiave di lettura: La chimica della cella determina la tensione (Li-ion ~3,6 V, NiMH 1,2 V, Piombo-acido 2,1 V). La capacità dipende dalla massa attiva. Energia = Tensione × Capacità.