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La comprensione e il controllo delle trasformazioni chimiche

Alcuni tipi di pile. Accumulatore

Qualsiasi sistema redox può essere utilizzato per produrre energia elettrica, purché si usino gli opportuni dispositivi. Nelle pile a combustibile i due semielementi sono costituiti dallo stesso sistema, ma sono diverse le concentrazioni ioniche. Se gli elettrodi sono del tipo Me+/Me il sistema a concentrazione ionica maggiore funge da catodo (+) e l'altro da anodo (−). Per esempio, per una pila a elettrodi d'argento, così rappresentabile:

Le pile a secco, o Leclanché, non contengono un elettrolita liquido ed esistono in versione acida e alcalina. La pila acida è costituita da un rivestimento di zinco che funziona da anodo e da una sbarretta di carbone (catodo), che è immersa in un elettrolita solido, una pasta di diossido di manganese MnO2, cloruro di ammonio NH4Cl e polvere di carbone (f.em. = 1,5 V). Nella versione alcalina il cloruro d'ammonio è sostituito da idrossido di potassio, KOH o da idrossido di sodio, NaOH.

Tra le pile a secco, diffuse sono quelle ad argento, in cui l'anodo è di zinco e il catodo di ossido d'argento Ag2O in ambiente alcalino, e quella a mercurio (pila a bottone), usata per calcolatrici, orologi, apparecchi fotografici ecc., in cui il catodo d'acciaio è immerso in ossido di mercurio HgO che agisce da ossidante in ambiente alcalino.

Le pile a combustibile si differenziano dalle comuni pile elettriche, in quanto sono basate su una reazione di combustione controllata, in cui il combustibile è idrogeno, H2, e il comburente ossigeno, O2:

il prodotto finale è acqua, H2O. Gli elettrodi sono immersi in un elettrolita. Le reazioni redox sono:

Gli elettroni prodotti all'anodo percorrono un circuito metallico esterno e arrivano al catodo riducendo l'ossigeno. Gli ioni OH migrano attraverso la soluzione dell'elettrolita dalla zona catodica a quella anodica, chiudendo il circuito. Queste pile a elevatissimo rendimento sono state usate nei veicoli spaziali.

L'accumulatore elettrico è una pila reversibile perché può venire ricaricata facendovi passare una corrente elettrica continua, fornita da una fonte esterna, di senso inverso a quello di scarica. Tale corrente provoca agli elettrodi reazioni chimiche che ristabiliscono le condizioni originali della materia attiva degli elettrodi, trasformatasi durante la scarica. Nella fase di scarica l'accumulatore si comporta da cella galvanica, in quella di carica da cella elettrolitica per cui il catodo è l'elettrodo negativo e l'anodo quello positivo. Collegando in serie più accumulatori, si ottiene una batteria di accumulatori la cui tensione è pari alla somma delle tensioni dei singoli elementi. I tipi di batterie più diffusi sono costituiti da batterie o accumulatori al piombo: nelle versioni installate a bordo delle automobili, sono in genere formati da sei elementi capaci di erogare ciascuno una tensione di 2 V (la tensione complessiva è quindi di 12 V). Altri tipi importanti di accumulatori sono quelli alcalini.

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