Una batteria è un insieme di una o più celle che vanno sotto reazioni chimiche per creare il flusso di elettroni all’interno di un circuito. C’è molta ricerca e progresso in corso nella tecnologia delle batterie e, di conseguenza, le tecnologie innovative vengono sperimentate e utilizzate in tutto il mondo attualmente. Le batterie sono entrate in gioco a causa della necessità di immagazzinare energia elettrica generata., Per quanto una buona quantità di energia è stata generata, era importante immagazzinare l’energia in modo che possa essere utilizzata quando la generazione è giù o quando c’è la necessità di alimentare dispositivi autonomi che non possono essere tenuti legati alla fornitura dalla rete. Qui va notato che solo la DC può essere memorizzata nelle batterie, la corrente ALTERNATA non può essere memorizzata.,
le celle di una Batteria di solito sono costituiti da tre componenti principali;
- L’Anodo (Elettrodo Negativo)
- Il Catodo (Elettrodo Positivo)
- Gli elettroliti
L’anodo è un elettrodo negativo che produce elettroni al circuito esterno per cui la batteria è collegata. Quando le batterie sono collegate, un accumulo di elettroni viene avviato all’anodo che causa una differenza di potenziale tra i due elettrodi., Gli elettroni naturalmente quindi cercano di ridistribuirsi, questo è impedito dall’elettrolita, quindi quando un circuito elettrico è collegato, fornisce un percorso chiaro per gli elettroni di spostarsi dall’anodo al catodo alimentando così il circuito a cui è collegato. Modificando la disposizione e il materiale utilizzato per costruire l’anodo, il catodo e l’elettrolito, possiamo ottenere diversi tipi di batterie chimiche che ci consentono di progettare diversi tipi di celle della batteria. In questo articolo consente di comprendere i diversi tipi di batterie e dei loro usi, quindi cerchiamo di iniziare.,
Tipi di Batterie
le Batterie possono essere generalmente classificati in diverse categorie e tipologie, che vanno dalla composizione chimica, la dimensione, il fattore di forma e casi d’uso, ma in tutte queste sono due principali tipi di batterie;
- Batterie Primarie
- Pile Secondarie
Let”s dare un’occhiata più approfondita per capire le principali differenze tra un Primato cella e Cella Secondaria.
Batterie primarie
Le batterie primarie sono batterie che non possono essere ricaricate una volta esaurite., Le batterie primarie sono costituite da celle elettrochimiche la cui reazione elettrochimica non può essere invertita.
Le batterie primarie esistono in diverse forme che vanno dalle pile a bottone alle batterie AA. Sono comunemente utilizzati in applicazioni standalone in cui la ricarica è impraticabile o impossibile. Un buon esempio di ciò è nei dispositivi di grado militare e nelle apparecchiature alimentate a batteria. Non sarà pratico usare batterie ricaricabili poiché ricaricare una batteria sarà l’ultima cosa nella mente dei soldati., Le batterie primarie hanno sempre un’alta energia specifica e i sistemi in cui vengono utilizzate sono sempre progettati per consumare una bassa quantità di energia per consentire alla batteria di durare il più a lungo possibile.
Alcuni altri esempi di dispositivi che utilizzano batterie primarie includono; Pace makers, inseguitori di animali, orologi da polso, telecomandi e giocattoli per bambini per citarne alcuni.
Il tipo più popolare di batterie primarie sono batterie alcaline. Hanno un’alta energia specifica e sono rispettosi dell’ambiente, economici e non perdono nemmeno quando sono completamente scaricati., Possono essere conservati per diversi anni, avere un buon record di sicurezza e possono essere trasportati su un aeromobile senza essere soggetti al trasporto delle Nazioni Unite e ad altre normative. L’unico aspetto negativo delle batterie alcaline è la bassa corrente di carico, che limita il suo utilizzo a dispositivi con requisiti di bassa corrente come telecomandi, torce elettriche e dispositivi di intrattenimento portatili.
Batterie secondarie
Le batterie secondarie sono batterie con celle elettrochimiche le cui reazioni chimiche possono essere invertite applicando una certa tensione alla batteria nella direzione invertita., Indicato anche come batterie ricaricabili, le celle secondarie a differenza delle celle primarie possono essere ricaricate dopo che l’energia sulla batteria è stata esaurita.
Sono tipicamente utilizzati in applicazioni ad alto consumo e in altri scenari in cui sarà troppo costoso o impraticabile utilizzare batterie a carica singola., Le batterie secondarie di piccola capacità vengono utilizzate per alimentare dispositivi elettronici portatili come telefoni cellulari e altri gadget ed elettrodomestici, mentre le batterie pesanti vengono utilizzate per alimentare diversi veicoli elettrici e altre applicazioni ad alto scarico come il livellamento del carico nella generazione di elettricità. Essi sono utilizzati anche come fonti di energia standalone accanto inverter per la fornitura di energia elettrica. Anche se il costo iniziale di acquisto di batterie ricaricabili è sempre un bel po ‘ superiore a quello delle batterie primarie, ma sono il più conveniente nel lungo termine.,
Le batterie secondarie possono essere ulteriormente classificate in diversi altri tipi in base alla loro chimica. Questo è molto importante perché la chimica determina alcuni degli attributi della batteria tra cui la sua energia specifica, la durata del ciclo, la durata di conservazione e il prezzo per citarne alcuni.
I seguenti sono i diversi tipi di batterie ricaricabili che vengono comunemente utilizzati.,
- agli ioni di Litio(Li-ion)
- Nichel-Cadmio(Ni-Cd)
- Nichel-Metallo Idruro(Ni-MH)
- Piombo-Acido
Batterie al Nichel-Cadmio
Il nichel–cadmio batterie (NiCd batteria o batteria NiCad) è un tipo di batteria ricaricabile che è stato sviluppato utilizzando nichel ossido e idrossido di cadmio metallico come elettrodi. Le batterie Ni-Cd eccellono nel mantenere la tensione e mantenere la carica quando non in uso. Tuttavia, le batterie NI-Cd cadono facilmente vittima del temuto effetto “memoria” quando una batteria parzialmente carica viene ricaricata, abbassando la capacità futura della batteria.,
Rispetto ad altri tipi di celle ricaricabili, le batterie Ni-Cd offrono un buon ciclo di vita e prestazioni a basse temperature con una discreta capacità, ma il loro vantaggio più significativo sarà la loro capacità di fornire la loro piena capacità nominale ad alti tassi di scarica. Sono disponibili in diverse dimensioni, comprese le dimensioni utilizzate per le batterie alcaline, da AAA a D. Le celle Ni-Cd vengono utilizzate singolarmente o assemblate in confezioni da due o più celle., I piccoli pacchetti sono utilizzati in dispositivi portatili, elettronica e giocattoli mentre quelli più grandi trovano applicazione nelle batterie di avviamento degli aerei, nei veicoli elettrici e nell’alimentazione in standby.
Alcune delle proprietà delle batterie al nichel-cadmio sono elencate di seguito.
Batterie al nichel-metallo idruro
L’idruro di nichel-metallo (Ni-MH) è un altro tipo di configurazione chimica utilizzata per le batterie ricaricabili. La reazione chimica all’elettrodo positivo delle batterie è simile a quella della cella al nichel–cadmio (NiCd), con entrambi i tipi di batteria che utilizzano lo stesso idrossido di ossido di nichel (NiOOH)., Tuttavia, gli elettrodi negativi nell’idruro di nichel-metallo utilizzano una lega che assorbe l’idrogeno invece del cadmio che viene utilizzata nelle batterie NiCd
.
Le batterie NiMH trovano applicazione nei dispositivi ad alto consumo grazie alla loro elevata capacità e densità di energia. Una batteria NiMH può possedere da due a tre volte la capacità di una batteria NiCd della stessa dimensione e la sua densità di energia può avvicinarsi a quella di una batteria agli ioni di litio. A differenza della chimica NiCd, le batterie basate sulla chimica NiMH non sono suscettibili all’effetto “memoria” che i NICAD sperimentano.,
Di seguito sono riportate alcune delle proprietà delle batterie basate sulla chimica dell’idruro di nichel-metallo;
Batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio sono uno dei tipi più popolari di batterie ricaricabili. Esistono molti tipi diversi di batterie al litio, ma tra tutte le batterie agli ioni di litio sono le più comunemente utilizzate. È possibile trovare queste batterie al litio utilizzate in diverse forme popolarmente tra veicoli elettrici e altri gadget portatili., Se siete curiosi di sapere di più sulle batterie utilizzate nei veicoli elettrici, è possibile controllare questo articolo sulle batterie dei veicoli elettrici. Si trovano in diversi apparecchi portatili tra cui telefoni cellulari, dispositivi intelligenti e molti altri apparecchi a batteria utilizzati a casa. Trovano anche applicazioni in applicazioni aerospaziali e militari a causa della loro natura leggera.,
Le batterie agli ioni di litio sono un tipo di batteria ricaricabile in cui gli ioni di litio dall’elettrodo negativo migrano verso l’elettrodo positivo durante la scarica e migrano verso l’elettrodo negativo quando la batteria è in carica. Le batterie agli ioni di litio utilizzano un composto di litio intercalato come materiale di un elettrodo, rispetto al litio metallico utilizzato nelle batterie al litio non ricaricabili.
Batterie agli ioni di litio in genere possiedono alta densità di energia, poco o nessun effetto di memoria e bassa autoscarica rispetto ad altri tipi di batteria., La loro chimica fianco di prestazioni e costi variano tra i diversi casi d’uso, per esempio, Li-ion batterie utilizzate in dispositivi elettronici portatili sono di solito a base di litio ossido di cobalto (LiCoO2) che fornisce una alta densità di energia e bassi rischi per la sicurezza, anche se danneggiato, mentre Li-ion batterie al Litio fosfato di ferro che offrono una minore densità di energia sono più sicuri a causa di una ridotta probabilità di sfortunati eventi che accadono sono ampiamente usati nell’alimentazione degli utensili elettrici e attrezzature mediche., Le batterie agli ioni di litio offrono il miglior rapporto prestazioni / peso con la batteria al litio zolfo che offre il più alto rapporto.
Alcuni degli attributi delle batterie agli ioni di litio sono elencati di seguito;
Batterie al piombo
Le batterie al piombo sono un cavallo di battaglia affidabile a basso costo utilizzato in applicazioni pesanti. Di solito sono molto grandi e, a causa del loro peso, sono sempre utilizzati in applicazioni non portatili come lo stoccaggio dell’energia del pannello solare, l’accensione e le luci del veicolo, la potenza di backup e il livellamento del carico nella generazione/distribuzione di energia., Il piombo-acido è il più antico tipo di batteria ricaricabile e ancora molto rilevante e importante nel mondo di oggi. Le batterie al piombo-acido hanno un rapporto energia / volume molto basso ed energia / peso, ma hanno un rapporto potenza / peso relativamente grande e, di conseguenza, possono fornire enormi correnti di sovratensione quando necessario. Questi attributi insieme al suo basso costo rendono queste batterie attraenti per l’uso in diverse applicazioni ad alta corrente come l’alimentazione di avviatori di automobili e per l’archiviazione in alimentatori di backup., È inoltre possibile controllare l’articolo sul funzionamento della batteria al piombo se volete saperne di più sui diversi tipi di batterie al piombo-acido, la sua costruzione e le applicazioni.
Ognuna di queste batterie ha la sua area di migliore vestibilità e l’immagine qui sotto è per aiutare a scegliere tra di loro.,
Selezionare la giusta batteria per la vostra applicazione
Uno dei principali problemi che ostacolano la tecnologia rivoluzioni come IoT è la potenza, la durata della batteria riguarda la corretta distribuzione di dispositivi che richiedono una lunga durata della batteria e anche se parecchie di gestione dell’alimentazione tecniche che vengono adottate per rendere la durata della batteria, una batteria compatibile deve ancora essere selezionati in modo da ottenere il risultato desiderato.
Di seguito sono riportati alcuni fattori da considerare quando si seleziona il giusto tipo di batteria per il progetto.
1., Densità di energia: La densità di energia è la quantità totale di energia che può essere immagazzinata per unità di massa o volume. Questo determina per quanto tempo il dispositivo rimane acceso prima che abbia bisogno di una ricarica.
2. Densità di potenza: velocità massima di scarica di energia per unità di massa o volume. Bassa potenza: computer portatile, i-pod. Ad alta potenza: utensili elettrici.
3. Sicurezza: è importante considerare la temperatura alla quale funzionerà il dispositivo che si sta costruendo. A temperature elevate, alcuni componenti della batteria si rompono e possono subire reazioni esotermiche. Le alte temperature generalmente riducono le prestazioni della maggior parte delle batterie.,
4. Durata del ciclo di vita: la stabilità della densità di energia e della densità di potenza di una batteria con cicli ripetuti (carica e scarica) è necessaria per la lunga durata della batteria richiesta dalla maggior parte delle applicazioni.
5. Costo: Il costo è una parte importante di qualsiasi decisione ingegneristica che farai. È importante che il costo della scelta della batteria sia commisurato alle sue prestazioni e non aumenti il costo complessivo del progetto in modo anomalo.