L’accumulatore al piombo-acido (noto impropriamente anche come batteria al piombo-acido o batteria al piombo) fu concepito nel 1859 dal fisico francese Gaston Planté ed è il tipo più vecchio di batteria ricaricabile (o accumulatore, per definizione), molto usata su automobili, moto e altri veicoli a motore principalmente per consentire l’avviamento del motore termico ed alimentare tutte le utenze elettriche di bordo. Il perdurare del suo successo è dovuto non tanto alle sue capacità ma al costo molto basso dei materiali di cui è composta, piombo e acido solforico.
La sua capacità di fornire un’elevata potenza istantanea all’accensione la rende piuttosto potente. Questa caratteristica, insieme al suo costo basso, la rende conveniente per l’uso nei veicoli a motore per alimentare il motorino d’avviamento per un tempo di pochi secondi.
Le batterie AGM (absorbent glass mat) sono una classe di accumulatori al piombo nelle quali l’elettrolita è assorbito dentro una matrice di sottili fibre di vetro.
Sono compatte, molto resistenti alle sollecitazioni meccaniche (così resistenti da essere impiegate per scopi militari) e si possono montare in qualunque posizione. Possono essere usate ad alta quota o in mare, e riescono a destreggiarsi meglio con le alte temperature. In caso di rottura del contenitore, la fuoriuscita di acido è limitata. Grazie alla divisione delle piastre da fibre di vetro, non c’è pericolo di cortocircuito tra cella e cella.
Sono adatte all’avviamento di motori grazie alle loro elevatissime correnti di spunto, hanno una bassa autoscarica e un’elevata resa amperometrica durante la carica. Hanno anche una resistenza interna più bassa delle normali batterie al piombo e mantengono una tensione più costante, e si caricano più velocemente; gli accumulatori con piastre a spirale hanno un tempo di ricarica ancora più basso.
Non necessitano di manutenzione.
Le batterie AGM sono utilizzate anche nei veicoli dotati di sitema START-STOP assieme alle batterie EFB. Se nel vostro veicolo è montata una batteria AGM non potete sostituirla con una EFB. Al contrario potete installare una batteria AGM al posto di una batteria EFB.
Le batterie agli ioni di litio sono probabilmente l’onda del futuro quando si tratta di batterie a scarica profonda. Non richiedono manutenzione, possono essere scaricate più in profondità senza comprometterne la durata e si caricano velocemente. A causa del costo iniziale più elevato, la loro popolarità non è aumentata così rapidamente come ci si potrebbe aspettare. Il fatto che durino molto più a lungo, può renderle meno costose nel lungo periodo. Forniscono la loro capacità nominale a qualsiasi velocità di scarica, non vengono danneggiate dall’essere lasciati o utilizzate in uno stato di carica parziale.
Per un complesso di reazioni elettrochimiche, le batterie diminuiscono la loro capacità anche se non usate. Questo fenomeno è tanto piu pronunciato con l’aumentare della temperatura di immagazinaggio, e dipende anche dalla tipologia e dalla qualità della batteria stessa.
Le batterie a scarica profonda, forniscono una quantità minore di energia ma per un periodo di tempo molto più lungo e sono utilizzate ad esempio per azionare un veicolo elettrico. Una batteria di avviamento al contrario fornisce in breve tempo l’energia per avviare il motore ma non sopporta scariche profonde.
Se la tensione scende sotto 12,3 Volt sarà necessario ricaricare la batteria il più presto possibile. Uno stato di carica costantemente basso danneggia la batteria e provoca solfatazione.
La solfatazione delle piastre/celle, invece, è un processo chimico naturale che si verifica tutte le volte che un accumulatore al piombo acido viene scaricato per fornire energia elettrica ad un utilizzatore esterno o è lasciato per lungo tempo inattivo, nel qual caso i processi di autoscarica/dispersioni interni (sempre presenti) riducono l’energia disponibile inizialmente presente nell’accumulatore.
In questi casi la densità dell’elettrolita presente, costituito da acido solforico (H2SO4), si abbassa dall’iniziale valore (a 25 °C) di circa 1.270 ~ 1.280 kg/dm^3 (batteria carica al 100%), a livelli tanto più prossimi a quelli dell’acqua pura (1.000 kg/dm^3), quanto più basso è il valore della carica residua presente nello accumulatore (o più alto è il tasso di scarica): di fatto un valore di soglia minimo consigliato, per brevissimi periodi, è di circa 1.100 kg/dm^3, pari ad una carica residua di appena il 20% del valore nominale.
Se il processo di solfatazione avviene creando dei finissimi cristalli bianchi di solfato di piombo (PbSO4) uniformemente dispersi sulle piastre positive e negative, siamo in presenza di un accumulatore che ha subito una parziale scarica e/o che tale condizione perdura da poco tempo.
Viceversa se il processo di scarica è molto profondo e/o perdura da molto più tempo (caso di accumulatori lasciati scarichi) e le ricariche sono parziali, i cristalli di solfato di piombo (poco solubili in acqua) si accrescono continuamente in dimensioni e possono anche staccarsi dalle piastre: in tal caso si dice che l’accumulatore è pesantemente solfatato, poiché è molto difficile riottenere acido liquido tramite un normale processo di ricarica (il materiale caduto sul fondo della cella non può più partecipare ai processi elettrolitici, poiché non attraversato dalla corrente di carica/scarica).
Inoltre le piastre sono molto porose (spugnose) e delicate, specialmente quelle positive (composte da PbO2), possono subire una riduzione della superficie attiva utile, poiché l’accrescimento dei cristalli di PbSO4 in genere porta ad una deformazione permanente/danneggiamento meccanico delle stesse e, pertanto, ad una permanente riduzione della capacità effettiva della batteria: nella pratica, infatti, le piastre positive sono quelle che decretano la “morte” dell’accumulatore.
Conseguentemente l’accumulatore mantiene male la carica, aumenta la sua resistenza interna (i cristalli bianchi di PbSO4 accresciuti sono pessimi conduttori di carica elettrica ed anche la ridotta densità dell’elettrolita contribuirà a peggiorare la situazione) e le correnti di spunto fornite si riducono consequenzialmente, così come la sua capacità: in pratica lentamente la batteria si “spegne”, ovvero cesserà di funzionare nel momento che qualche sua cella avrà una o più piastre in cortocircuito/perdita di materia attiva causata dalle deformazioni suddette.
In una batteria, una scarica più una ricarica equivalgono a un ciclo
La capacità di una batteria a piena carica di erogare una specifica quantità di elettricità (Ah) a un determinato amperaggio (A) in un lasso di tempo definito (h). Questo è il parametro più importante per capire se una batteria è in grado di alimentare i servizi di un’auto o movimentare un motore o dispositivo elettrici.