ACCUMULATORE
ACCUMULATORE (I, p. 278; App. II, 1, p. 13)
Accumulalatori elettrici. - Nella ricerca di sistemi elettromotori destinati all'accumulo di energia elettrica per via chimica, l'attenzione si è soffermata, negli ultimi anni, principalmente sugli a. zinco-argento, metallo-aria, zinco-bromo e sugli a. in solventi non acquosi. Come si può notare, quasi tutte le combinazioni elettrochimiche proposte impiegano lo zinco come elettrodo negativo. Infatti tale metallo è discretamente abbondante in natura, è facilmente lavorabile e presenta un valore abbastanza negativo del potenziale normale di ossidoriduzione (−0,76 V a 25 °C). Esso ha inoltre un coefficiente di utilizzazione molto vicino all'unità, che gli permette di reagire quasi integralmente durante il processo elettrochimico.
L'utilizzazione di metalli dotati di potenziale normale di ossido-riduzione più negativo di quello dello zinco (metalli alcalini) in sistemi impieganti soluzioni acquose di elettroliti è impossibile nella pratica in quanto questi metalli reagiscono in maniera violenta a contatto dell'acqua. D'altra parte, se si sostituisce il solvente acqua con un solvente non acquoso (dimetilformammide, dimetilsolfossido e simili), la conducibìlità della soluzione elettrolitica è troppo bassa per ottenere a. che siano in grado di erogare correnti di notevole intensità.
Perciò, sebbene questi sistemi siano oggetto di studio approfondito in molti paesi del mondo, quelli impieganti soluzioni acquose sono ancora da preferire.
Accumulatori metallo-ossigeno (aria). - Di questi sistemi, sui quali l'interesse scientifico e industriale si è fortemente polarizzato negli ultimi anni, si prenderà come esempio l'a. Zn-O2 in soluzione alcalina.
La reazione globale che avviene durante la scarica di questo sistema (corrispondente all'ossidazione anodica dello Zn e alla riduzione catodica dell'O2) si può scrivere:
durante la carica la stessa reazione avviene in senso inverso. I problemi presentati dal fatto che gli ossidi metallici sono insolubili e che i metalli tendono a depositarsi elettroliticamente in forma dendritica, sono stati recentemente risolti negli SUA, con la realizzazione di una cella costituita da un elettrodo di Zn metallico e da un elettrodo di Ni poroso che serve da supporto conduttore per l'O2, immersi in una soluzione alcalina che circola attraverso il sistema. La circolazione dell'elettrolito permette, durante la scarica, di asportare continuamente lo ZnO formatosi; durante la carica, lo ZnO viene reimmesso in circolazione, ottenendosi così la formazione di un deposito più compatto di Zn (fig. 1).
Accumulatori zinco-argento. - Ogni elemento costitutivo dell'a. Zn-Ag è formato (fig. 2) da una griglia di argento in cui è compresso l'ossido di argento AgO (catodo) e da una piastra di zinco spugnoso (anodo) immersi in una soluzione di idrossido di potassio al 40% circa: i due elettrodi sono tenuti separati da una membrana di materiale cellulosico e il volume della soluzione dell'elettrolito è ridotto a un valore tale da imbibire tale membrana. Durante la scarica, AgO si riduce ad Ag metallico con un processo a due stadi, descritto dallo schema seguente:
contemporaneamente, lo Zn, data la notevole basicità della soluzione elettrolitica, si ossida a ione zincato secondo lo schema:
lo ione zincato si trasforma poi parzialmente in ossido di zinco
il quale determina la formazione di un film passivante che può cortocircuitare gli elettrodi. Per evitare ciò e per impedire la troppo rapida formazione di dendriti metalliche durante la ricarica, si usa una membrana interelettrodica.
L'a. Zn-Ag ha un rendimento di corrente del 95% e un rendimento energetico dell'80%; ha un peso e un ingombro relativamente modesti, e presenta, oltre a un'elevata velocità di carica e di scarica, una notevole costanza della tensione elettrica durante la scarica. Perciò, malgrado il costo abbastanza elevato, è usato abbondantemente per apparecchiature che richiedono economia di spazio e di peso.
Accumulatore zinco-bromo. - L'a. Zn-Br2 è stato realizzato di recente in Italia e funziona secondo la reazione globale (corrispondente all'ossidazione anodica dello Zn e alla riduzione catodica del Br2):
L'a. è costituito da celle disposte in serie tra loro, comprendenti ognuna un elettrodo bipolare che separa lo spazio elettrolitico di una cella da quello della cella adiacente. Ogni elettrodo bipolare è costituito da una lastra conduttrice di grafite molto sottile e perfettamente impermeabile; su una faccia della lastra (fig. 3) viene depositato lo Zn, sull'altra scanalata vien fatto aderire un feltro di grafite porosa impregnato di perclorato di tetrametilammonio. Questo sale, formando con il Br2 prodotti di addizione solidi che rimangono nel feltro di grafite, impedisce al Br2 che si forma durante la carica di raggiungere, in presenza dello ZnBr2 nell'elettrolito, valori di solubilità troppo elevati, con conseguente corrosione dello Zn. L'elettrolito viene fatto riciclare durante il funzionamento dell'a. sia in carica che in scarica e viene evacuato durante i periodi di riposo.
Accumulatori in solventi non acquosi. - Usando sistemi funzionanti con elettrolito in soluzione acquosa, l'utilizzazione di metalli dotati di potenziale elettrochimico molto negativo (per es., i metalli alcalini) è impedita dalla violenta reazione che essi presentano con l'acqua. Sono attualmente in fase di studio in molti paesi a. costituiti da un catodo di metallo alcalino e da un anodo di alogenuro metallico (per es., CuF2) immersi in un solvente organico (per es., dimetilformammide) reso conduttore.
Bibl.: R. Jasinski, High-energy batteries, New York 1967; Power Sources 2, Research and development in non-mechanical electrical power sources (a cura di D. H. Collins), Oxford 1968; M. De Rossi e altri, Accumulatori elettrici ad alogenuri di zinco, in Elettrotecnica, vol. LVII, n° 2 (1970); G. W. Heise, N. C. Cahoon, The primary battery, vol. I, New York 1971.