Una batteria carica è più pesante di una scarica?

Questo malinteso comune può derivare dall'idea che gli elettroni vengono "immagazzinati nella batteria", il che significa che la carica della batteria avrebbe una massa equivalente. Inoltre, quando ero un bambino, mio padre mi diceva che le batterie più pesanti (come le AA alcaline monouso) erano migliori delle loro controparti più leggere. Nella mia mente ho interpretato che per significare che una batteria più pesante era stato utilizzato meno di un peso più leggero uno e aveva più carica rimanente. In realtà quello che voleva dire è che le batterie più pesanti hanno probabilmente una massa chimica maggiore per progettazione e quindi sono state prodotte con una carica iniziale più alta, e quindi più pesanti significavano qualità superiore e maggiore durata. Confrontate qualche volta la massa della batteria AA senza nome che è venuta con il vostro telecomando del televisore con una batteria AA di marca. Probabilmente vedrete una differenza.

Detto questo, la risposta breve è: "no, la massa non cambia". Il numero totale di elettroni non cambia in una batteria quando viene caricata o scaricata. Gli elettroni si spostano semplicemente da un lato all'altro della reazione (uno stato alto ad uno basso quando si scarica o viceversa per la carica). Poiché la quantità di elettroni non cambia nella batteria, la massa non cambia.

Tuttavia, bisogna notare che la densità di alcune batterie cambia durante la carica e la scarica. Per esempio, molte celle agli ioni di litio (specialmente quelle a sacchetto) si gonfiano leggermente quando si caricano. Questo porta a una riduzione della densità della batteria, poiché la densità è massa/volume.

A questo punto, questa risposta si riferisce alle tecnologie tipiche delle batterie. Tuttavia, alcune tecnologie di batterie sperimentali e in via di sviluppo utilizzano il loro ambiente come parte della reazione chimica. Una tecnologia promettente è la batteria al litio-aria che utilizza effettivamente l'ossigeno circostante nell'aria. In questo tipo di batteria, la massa della struttura fisica della batteria aumenta quando l'elettrolita assume ossigeno dall'atmosfera. Una simile diminuzione della massa si verifica quando l'ossigeno viene successivamente espulso. Questo esempio è un po' ingiusto, però, poiché tecnicamente parlando l'ossigeno che è stato utilizzato e rilasciato era effettivamente parte della batteria e quindi l'intero sistema, compreso l'ossigeno, ha la stessa massa in ogni momento, indipendentemente dallo stato di carica.