Pila zinco-aria

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Il tipo di batteria ricaricabile più propriamente definibile pila zinco-aria, ma più noto come accumulatore zinco-aria ha come caratteristica peculiare quella di impiegare l'ossigeno atmosferico come elettrodo che riceve elettroni (si riduce) e lo zinco come elettrodo che perde elettroni (si ossida), il movimento di elettroni genera una differenza di potenziale e quindi una tensione elettrica che può servire per alimentare vari tipi di circuito elettrico.

Indice

1 Storia
2 Caratteristiche
- 2.1 Vantaggi
- 2.2 Svantaggi
3 Impiego automobilistico
- 3.1 Principale vantaggio per gli autoveicoli: la sicurezza
4 L' ossigeno puro aumenta la potenza della pila zinco-aria
5 Sviluppo in Italia
6 Commercializzazione attuale
7 Voci correlate
8 Collegamenti esterni

[modifica] Storia

[modifica] Caratteristiche

Gli accumulatori zinco-aria appartengono alla categoria delle celle a combustione, dove lo zinco è il combustibile e l'ossigeno è il comburente. Quando le superfici degli elettrodi di zinco metallico si sono ossidate diventando ossido di zinco, la batteria può considerarsi scarica. La batteria non può essere ricaricata dall'usuario, ma deve essere sostituita "al volo" da un altro pacchetto di queste batterie nuove. Il vecchio pacchetto viene "ricaricato" a parte (in realtà il diossido di zinco viene "rigenerato", con una procedura elettro-chimica viene deossidato a zinco metallico) nell'industria o nella stazione di servizio automatizzata che si occuperà di questo ciclo industriale.

Un Kg di batteria zinco-aria fornisce circa 160-200 Wattora, questo è da circa 6 a 10 volte la densità energetica di un comune accumulatore piombo-acido (il più utilizzato nelle odierne automobili). In base a calcoli teorici e perfezionamenti tecnologici si potrebbe arrivare a densità energetiche fino a 1000 Wh/Kg.

Il costo di produzione è inferiore a quello degli accumulatori piombo-acido.

[modifica] Vantaggi

Rispetto all' accumulatore nichel-cadmio si hanno lievi vantaggi nel rapporto carica/peso, la non presenza di metalli pesanti tossici da smaltire in discarica, e la totale inesistenza dell' effetto memoria.
Rispetto all' accumulatore litio-ione si hanno enormi vantaggi nella durata (soprattutto ad alte temperature) e soprattutto nella sicurezza (non hanno alcuna tendenza ad incendiarsi se danneggiate).
Rispetto all' accumulatore piombo-acido il vantaggio principale è quello del molto maggiore rapporto carica/peso, del minor costo del metallo, e dell'assenza di metalli pesanti da smaltire in discarica.

[modifica] Svantaggi

Le pile zinco-aria risentono molto della bassa temperatura e dell'umidità, che portano ad una riduzione della reattività dell'ossigeno atmosferico. In condizioni ideali, come luoghi caldi e desertici, si nota un aumento della potenza massima e dell'autonomia del veicolo (vedasi il test del 1997 in California). Esattamente il contrario avviene ad alta quota (dove cala la tensione di ossigeno), ed in climi freddi ed umidi, che vedono ridursi sia la potenza massima che l'autonomia del veicolo.

Non è possibile ricaricare queste battterie in casa e tantomeno impiegarle nel recupero dell'energia di frenata, o collegarle ad un generatore alimentato da un motore a combustione interna oppure il ricaricarle con celle solari sulla carrozzeria, ecc. Associandole ad altri tipi di batteria, si potrebbe ricuperare una parte dell' energia frenante o quella solare incidente tramite celle foto-voltaiche.

[modifica] Impiego automobilistico

Nel 1999, un veicolo (furgone Mercedes MB-410) equipaggiato con batterie zinco-aria è stato in grado di superare il tratto alpino dell' autostrada tra Torino e Lione, garantendo un autonomia di circa 500 Km.

Nel bilancio energetico complessivo (trasformazione dell'energia contenuta nel petrolio in energia meccanica disponibile al veicolo), il sistema tradizionale a benzina ha fornito rese del 13%, mentre quello che prevede la trasformazione dell'energia chimica del petrolio in energia elettrica, ed il suo successivo stoccaggio nella batteria zinco-aria ed impiego da parte di motori elettrici, ha fornito rese del 16%. Ovviamente dal momento che si tratta di energia elettrica, nessuno ci vieta di produrla con dighe, con coperture a pannello solare sui tetti dell'industria di trasformazione, o con i generatori eolici oppure con il reattore nucleare, sempre collegandoli all'industria che "rigenera" la pila zinco-aria.

Attualmente, vista la svantaggiosa durata dell' accumulatore litio-ione, che alla temperatura ambiente (25° C) perdono circa il 20% della loro capacità di carica ogni anno (la batteria Li-ion sembra più adatta ai climi freddi), in alcuni modelli di auto elettrica si stanno sperimentando le batterie zinco-aria come possibile alternativa conveniente sia dal punto di vista economico che del rapporto carica fornita/peso della batteria.

[modifica] Principale vantaggio per gli autoveicoli: la sicurezza

La caratteristica principale è quella del non incendiarsi in nessuna condizione. La velocità di combustione dello zinco dipende principalmente dalla pressione atmosferica e dalla percentuale di ossigeno atmosferico (19 % costante), dalla temperatura, dall' umidità e dal tasso di ossidazione della batteria. Rispetto agli accumulatori piombo-acido solforico ha il vantaggio di non liberare acidi ustionanti se la batteria venisse incautamente aperta o danneggiata in uno scontro.

[modifica] L' ossigeno puro aumenta la potenza della pila zinco-aria

Una delle fonti di idrogeno proposte per l'economia all'idrogeno è l'elettrolisi dell'acqua, grazie all'elettricità prodotta dall'energia eolica e dall'energia idroelettrica. Questa procedura oltre all' idrogeno porta ad ottenere anche ossigeno, che dopo un iniziale utilizzo da parte dell'industria medica non troverebbe sbocchi, se non la trasformazione in ozono (grazie a scariche elettriche) e la liberazione nelle regioni polari, per porre rimedio al buco dell'ozono.

Alte pressioni di ossigeno, la presenza di ozono, e l'alta temperatura, sembrano aumentare le prestazioni sia di picco di potenza che di capacità di erogazione totale di potenza della pila zinco-aria. In questo caso, aggiungendo al sistema della batteria zinco-aria, un misuratore-dosatore dell'afflusso di ossigeno con la possibilità di arricchire la miscela prelevandolo da una bombola, si potrebbe ottenere una specie di "turbocompressione" della pila zinco-aria.

[modifica] Sviluppo in Italia

In Italia queste batterie, nelle dimensioni, tipologia e voltaggio (~ 12 V) necessari per l'autotrazione, vengono studiate e costruite dalla Edison di Trofarello, in provincia di Torino.

[modifica] Commercializzazione attuale

La batteria zinco-aria ad alto potere BA-8180/U viene commercializzata sin dal 2002 dalla Electric Fuel Battery Corporation di Auburn nello stato dell' Alabama, in USA.
Attualmente piccole pile a bottone zinco-aria vengono vantaggiosamente utilizzate per alimentare gli amplificatori nella protesi acustica, vedasi ad es. www.blubattery.com.
La Powerzink di Shangai in Cina produce batterie che si sono dimostrate molto efficaci nei motorini PDF.