Progetto di un caricabatterie Ni-Cd, tesina

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Indice

Premessa 3

1: Introduzione al progetto 4

2: Nascita della pila 5

3: Tipologia di pile 6

3.1: Pile primarie 7

3.2: Pile secondarie 9

4: Modalità di ricarica 11

5: Effetto memoria 14

6: Progetto di un caricabatterie Ni-Cd 15

6.1: Schema a blocchi. 15

6.2: Schema elettrico (tecniche circuitali) 20

7: Smaltimento 21

8: Conclusioni 22

9: Bibliografia/Sitografia 23

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Premessa: pila o batteria?

Il termine pila o batteria sono dei sinonimi perché indicano entrambi un componente elettrico in grado di fornire energia elettrica, distinguendosi in diversi motivi:

• Le pile hanno una disposizione delle celle galvaniche in verticale (una sopra l'altra).
• Il termine pila viene utilizzato anche per indicare le celle galvaniche usate singolarmente (come nel caso delle pile stilo, ad esempio le AA, AAA),
• Le batterie, al contrario, hanno una disposizione delle celle in orizzontale (una di fianco all'altra) e vengono utilizzate per indicare una fonte energetica di corrente elettrica costituita da più batterie unite tra di loro, come nel caso di "pacchi batteria".

Funzionamento

La base o principio chimico-fisico di funzionamento di una pila è una reazione di ossidoriduzione che avviene al suo interno, in cui una sostanza subisce un processo di ossidazione, perdendo elettroni, mentre un'altra sostanza subisce un processo di riduzione, acquistandoli. Tale flusso genera dunque una corrente elettrica continua, il cui potenziale elettrico è in funzione delle reazioni di ossidazione e riduzione che vi avvengono. Una pila è scarica quando queste reazioni chimiche raggiungono lo stato di equilibrio.

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1: Introduzione al progetto

Questo dispositivo (comunemente chiamato Power bank), ci consente di caricare pacchi batterie portatili formati da diverse pile i quali, una volta caricati e portati in viaggio, consentono di ricaricare diversi dispositivi come ad esempio cellulari, macchine fotografiche... dove non c’è la possibilità di un allacciamento alla rete elettrica.

Solitamente erogano una tensione di 5V DC e hanno una capacità che varia in base ai tipi di modello (da 500 a 3000mAh).

Figura 1: Una tipologia di Power bank

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2: Nascita della pila

La pila di Volta è stato il primo generatore statico di energia elettrica a essere realizzato.

Inventata da Alessandro Volta intorno al 1800, essa costituisce il prototipo della pila elettrica moderna.

La pila di Volta è costituita fondamentalmente da una colonna di più elementi simili sovrapposti, chiamati elementi voltaici, ciascuno dei quali consiste in un disco di zinco sovrapposto ad uno di rame, uniti attraverso uno strato intermedio di feltro o cartone imbevuto in acqua salata oppure acidulata.

Collegando gli estremi superiore ed inferiore della pila per mezzo di un conduttore elettrico si crea un circuito nel quale circola corrente continua.

Successivamente, nel 1836, John Frederic Daniell elaborò una pila, chiamata pila Daniell, sfruttando il prototipo inventato da Volta e apportando miglioramenti in termini di tensione e sicurezza d'uso.

Figura 2a: Schema della pila di Volta:

• Un elemento della pila;
• Strato di rame;
• Contatto negativo;
• Contatto positivo;
• Feltro;
• Strato di zinco;

Figura 2: Prototipo della pila di Volta in esposizione al museo scientifico di Treviglio.

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3: Tipologia di pile

Una batteria è caratterizzata dai seguenti parametri elettrici:

• Differenza di potenziale (V);
• Corrente elettrica (A);
• Capacità (Ah);

Le pile primarie sono quelle pile le cui reazioni chimiche interne sono irreversibili. Non è possibile invertire la reazione completa semplicemente fornendo energia alla pila.

Quando tutti i reagenti della pila si trasformano completamente nei prodotti finali, essa si scarica definitivamente divenendo inutilizzabile.

Le pile secondarie, (o accumulatori), viceversa, sono quelle pile le cui reazioni chimiche interne sono reversibili. A differenza delle pile primarie, somministrando energia elettrica a questi dispositivi, si inverte il senso della reazione chimica ottenendo la riformazione dei reagenti iniziali. Per tale motivo le pile secondarie sono dette "ricaricabili".

3.1: Le pile primarie

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• Possono essere collegate in serie per avere un determinato voltaggio.
• Non dovrebbero mai essere collegate in parallelo perché c'è la possibilità che una pila tenti di ricaricarne un'altra.

Pile di zinco/carbone

Hanno un voltaggio nominale di 1,5 V per pila. Il loro vantaggio è che sono economiche, ma tendono a perdere circa il 15% della loro capacità per ogni anno di stoccaggio. Esse non devono mai essere lasciate all'interno degli equipaggiamenti quando sono esaurite, in quanto facilmente possono perdere agenti chimici molto corrosivi che possono causare danni costosi agli equipaggiamenti.

Pile alcaline manganese

Queste sono le pile con la maggiore durata. Hanno un voltaggio nominale di 1,5 V per pila.