Robotica unplugged/Batterie con ortaggi

E quando le batterie finiscono? Niente paura. O quasi... anche frutta e verdura possono venirci in soccorso.

Batteria a limoni

Lo schema mostra tre limoni collegati tra loro in modo da fornire energia al diodo LED in alto. In ogni singolo limone sono inseriti un elettrodo di zinco e uno di rame; lo zinco è colorato in grigio nella figura. I fili sono rappresentati da linee sottili disegnate tra gli elettrodi e il LED.

La batteria a limone è simile alla prima batteria elettrica, inventata nel 1800 da Alessandro Volta, dove si utilizzava la salamoia (acqua salata) al posto del succo di limone.

La batteria a limone è un metodo didattico per mostrare il tipo di reazione chimica (ossidoriduzione) che si verifica nelle batterie moderne. Lo zinco e il rame sono gli elettrodi, mentre il succo all'interno del limone è detto elettrolita. Esistono numerose varianti della batteria a limone che utilizzano diversi frutti (o liquidi) come elettroliti e diversi metalli, oltre allo zinco e al rame, come elettrodi.

Tipicamente, con i limoni la tensione tipica è di $0,9~{\text{V}}$. La corrente, invece, è più variabile, ma può raggiungere $1~{\text{mA}}$ (più le superfici degli elettrodi sono larghe, più la corrente aumenta).

È bene ricordare che, se i limoni vengono connessi in serie (uno dopo l'altro) la tensione si incrementa, lasciando invariata la corrente. Viceversa, se vengono connessi in parallelo, ad aumentare sarà la corrente, mentre la tensione rimarrà inalterata.

In questo modo si scopre che – indipendentemente dalla connessione – la potenza raddoppia, al raddoppiare del numero di limoni, indipendentemente dalla loro connessione.

Un esempio può essere realizzato da sei limoni (inseriti in un portauova) dove questi verranno connessi a tre, a tre in serie e, successivamente in parallelo. Pertanto la tensione triplica, mentre la corrente raddoppia. In termini di potenza, si ottiene:

$P=V_{\text{TOT}}\cdot I_{\text{TOT}}=(0,9~{\text{V}}\times 3)\cdot (1~{\text{mA}}\times 2)=2,7~{\text{V}}\cdot 2~{\text{mA}}=5,4~{\text{mW}}$

Va – pertanto – ricordato che le potenze in gioco sono molto basse, anche se sufficienti per azionare piccoli dispositivi elettronici.

Batteria a patata

Batteria di patate con elettrodi di zinco (a sinistra) e di rame (a destra). L'elettrodo di zinco è realizzato da una vite zincata. L'elettrodo di rame è un semplice filo elettrico. Si notino le scritte – e + sulla patata, a indicare che l'elettrodo di rame è il terminale positivo della batteria. La vite piatta e il dado sono collegati dagli elettrodi ai fili di rame, rispettivamente rivestiti di plastica isolante con i colori convenzionali nero e rosso.

Molti altri frutti e liquidi si possono utilizzare come elettroliti acidi. La frutta perché fornisce sia l'elettrolita, sia un modo semplice per sostenere gli elettrodi. L'acido contenuto negli agrumi (limoni, arance, pompelmi) è l'acido citrico. L'acidità varia sostanzialmente.

Le patate contengono acido fosforico e funzionano bene.

È possibile sostituire frutta e verdura con sostanze liquide in vari contenitori. L'aceto domestico (acido acetico) – a titolo di esempio – funziona molto bene.

Gli elettrodi di zinco e rame sono abbastanza sicuri e facili da trovare in qualsiasi ferramenta. Tuttavia, si possono valutare anche altri metalli come il piombo, il ferro, il magnesio, ecc. che generano tensioni differenti rispetto alla coppia zinco/rame.

In particolare, gli elettrodi di magnesio/rame possono generare tensioni fino a 1,6 V nelle celle al limone. Questa tensione è maggiore di quella ottenibile con le celle zinco/rame. È paragonabile a quella delle batterie domestiche standard (da 1,5 V), e questo si rivela utile quando si desidera alimentare i dispositivi con una singola cella invece che usare più celle collegate in serie.