La Pila

Pila di VoltaNel 1799 Alessandro Volta riprese gli studi di Luigi Galvani sulla Corrente elettrica, riuscendo a realizzare la prima pila (oggi detta voltaica), con i seguenti costituenti:•  Un supporto di legno posto verticalmente su una base circolare

•  Dischetti di rame e zinco•  Panno imbevuto di una soluzione acida formata da  acqua e acido solforico

•  Due fili di rame

Pila DaniellGli elementi costruttivi di questa pila sono: una lamina di rame, una lamina di zinco, una soluzione 1M di nitrato di rame (Cu(NO3)2), una soluzione 1M di nitrato di zinco (Zn(NO3)2) e un ponte salino con nitrato di potassio (KNO3). Il tutto viene assemblato come in figura

• La prima pila a secco, cioè priva di elementi liquidi, prodotta industrialmente e commercializzata su ampia scala è la pila Leclanché. È costituita da:

Pila Leclanchè (a secco)

•  Un cilindro di zinco, che funge da contenitore (isolato all’esterno) e da anodo (-) 

•  Una bacchetta di grafite che costituisce il conduttore

•  Una pasta gelatinosa umida formata dal biossido di manganese, miscelato a del cloruro d’ammonio fungente da catodo (+)

Zn → Zn2+ + 2 e-

Eo = - 0,76 V

2 MnO2 + 2 NH4+ + 2 e- → 2 MnO(OH) + 2 NH3

Eo = + 0,75 V

Zn + 2 MnO2 + 2 NH4+ → Zn2+ + 2 MnO(OH) + 2 NH3 Eo = + 1,51 V

Pila WestonLa cella Weston è una cella a ddp nota,  la cui ddp varia pochissimo se essa viene utilizzata e anche se cambia la temperatura.

1 = soluzione satura di CdSO4 (solfato di cadmio)   2 = cristalli di  3 CdSO4

.8 H2O 

3 = pasta di  Hg2SO4 e Hg

4 = Hg5 = amalgama 10-13% Cd/Hg

Cdamalg. -> Cd2+ + 2 e-

Hg2SO4 + 2 e- → 2 Hg + SO42-

Eo = + 1,0183 V

DE/°C (4x10-5 Volt/°C)

Accumulatore alcalino• Le batterie alcaline sono 

l'evoluzione delle pile a secco. Sostanzialmente la loro struttura è identica. Tuttavia le batterie alcaline utilizzano una pasta, alcalina appunto, di idrossido di potassio (KOH) come elettrolita. Questa innovazione è fondamentale e ha il vantaggio di non produrre gas durante il funzionamento e di non avere cadute di tensione.

Zn + 2 OH- → ZnO + H2O + 2 e-

MnO2 + 2 H2O + 2 e- → Mn(OH)2 + 2 OH-

Zn + MnO2 + H2O → ZnO + Mn(OH)2

Batteria al mercurio e ad argentoLe batterie a mercurio hanno tipicamente una forma “a bottone”. Utilizzano un anodo di zinco e un catodo di acciaio e l'elettrolita è sempre una pasta alcalina di idrossido di potassio (KOH). La differenza di potenziale ai poli è di 1,3 V.

Le batterie ad argento sono molto simili a quelle a mercurio. Utilizzano un anodo di zinco e un catodo di argento e l'elettrolita è sempre una pasta alcalina di idrossido di potassio (KOH). La differenza di potenziale ai poli è di 1,6 V

Accumulatori al piombo

Internamente questa batteria è costituita da lamine di piombo che si alternano a lamine di diossido di piombo (PbO2). Queste lamine sono immerse nella soluzione di acido solforico. Le lamine di piombo, collegate tra di loro costituiscono il polo negativo della batteria mentre quelle di diossido di piombo, anch’esse collegate tra di loro, quello negativo.

Eo = + 2V

Accumulatori al nichel-metallo idruroLe batterie al nichel-metallo idruro (NiMH) stanno ormai sostituendo le vecchie batterie al nichel-cadmio (NiCd), più tossiche e meno efficienti. All’anodo abbiamo l’ossidazione dell’idrogeno assorbito su leghe metalliche di nichel, al catodo abbiamo la riduzione del nichel (III) e l'elettrolita è sempre una pasta basica di idrossido di potassio. La differenza di potenziale ai poli è di 1,2 V

MH + OH- -> M + H2O + e-

NiO(OH) + H2O + e- -> Ni(OH) 2 + OH-

MH + NiO(OH) -> M + Ni(OH)2

Eo = + 1,2 V

Accumulatori al litioI moderni accumulatori al litio sono potenti e leggeri, anche se ancora relativamente costosi. All’anodo abbiamo degli atomi di litio “immersi” in strati di grafite, il catodo è un suo sale (solitamente LiMn2O4) e l'elettrolita è una soluzione di perclorato di litio LiClO4 in etilencarbonato C2H4CO3, un solvente organico. La differenza di potenziale ai poli è di 3,7 V.

Lix -> x Li+ + x e-

Li1-xMn2O4 + x Li+ + x e- -> LiMn2O4

Lix + Li1-xMn2O4 -> LiMn2O4

Celle a combustioneUna pila  a  combustibile è un dispositivo elettrochimico che permette di ottenere elettricità direttamente da certe sostanze, senza che avvenga alcun processo di combustione termica.

La reazione elettrochimica si basa sull'idea di spezzare le molecole del combustibile o del comburente in ioni positivi ed elettroni; questi ultimi, passando da un circuito esterno, forniscono una corrente elettrica proporzionale alla velocità della reazione chimica, e utilizzabile per qualsiasi scopo.