Batterie di Trazione e Ciclo Profondo
Le batterie di trazione, note anche come batterie a ciclo profondo, sono progettate per erogare una scarica costante e limitata per lunghi periodi. A differenza delle batterie tradizionali, sono meno suscettibili alla degradazione dovuta a cicli frequenti e trovano impiego in applicazioni dove è necessario scaricare regolarmente le batterie, come nei sistemi fotovoltaici e nei veicoli elettrici. Queste batterie dovrebbero mantenere una vita di ciclo di diverse migliaia di cicli con un elevato DOD (Depth of Discharge, Profondità di Scarica) dell’80% o più.
Caratteristiche delle Batterie di Trazione
Le batterie di trazione presentano piastre di piombo spesse per raggiungere una capacità specifica e un numero ragionevolmente alto di cicli. Possono erogare meno corrente di picco, ma sopportano scariche frequenti. Alcune batterie sono progettate come compromesso tra batterie avviamento (ad alta corrente) e a ciclo profondo. Possono essere scaricate in misura maggiore rispetto alle batterie automobilistiche, ma meno delle batterie a ciclo profondo e sono spesso chiamate batterie “marine/camper”.
Applicazioni Industriali
Le batterie di trazione sono principalmente utilizzate in applicazioni elettriche industriali pesanti come carrelli elevatori elettrici, trattori elettrici, grandi macchine industriali per la pulizia e piattaforme aeree.
Tipologie di Batterie al Piombo-acido
Le batterie al piombo-acido a ciclo profondo si dividono generalmente in due categorie: inondate (FLA) e a regolazione valvolare (VRLA). Le VRLA sono ulteriormente suddivise in due tipi: Absorbed Glass Mat (AGM) e Gel.
Altri Tipi di Batterie al Piombo-acido
Esistono due gruppi principali di batterie al piombo-acido:
- VLA (Vented Lead-Acid): Queste batterie inondate o ventilate, hanno gli elettrodi immersi in un eccesso di elettrolita liquido.
- SLI (Starting, Lighting, Ignition): Progettate per erogare la massima corrente in breve tempo e mantenere costante la tensione, hanno una bassa resistenza interna ma una scarsa durata sotto condizioni di ciclo profondo.
- VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid): Queste batterie sigillate hanno l’elettrolita immobilizzato
in un separatore assorbente o in un gel.
Tipi di Batterie VRLA
Le VRLA si dividono in:
- AGM (Absorbent Glass Mat): Le batterie AGM sono un tipo di VRLA in cui l’elettrolita è contenuto in una matrice di fibra di vetro. Questa tecnologia offre maggiore densità di potenza ed energia, oltre a una vita di ciclo più lunga rispetto alle tradizionali batterie al piombo-acido inondate e senza manutenzione.
- Gel: Le batterie al gel sono un’altra forma di VRLA, dove l’elettrolita è gelificato. Riducono l’evaporazione e il versamento dell’elettrolita, comuni nelle batterie a cella umida, e offrono una maggiore resistenza agli urti e alle vibrazioni.
Chimica delle Batterie al Piombo-acido
Il principio di funzionamento delle batterie al piombo-acido è illustrato dai processi chimici che avvengono durante la carica e la scarica. Durante la scarica, avviene il processo anodico Pb + SO42- → PbSO4 + 2e-, dove il piombo viene ossidato con l’elettrolita in solfato di piombo, rilasciando due elettroni. Anche al catodo si forma solfato di piombo: PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O, ma qui avviene una riduzione dell’ossido di pi
ombo. Il solfato di piombo si deposita come rivestimento sugli elettrodi e, in parte, anche sul fondo del contenitore. Poiché l’acido solforico viene consumato durante il processo di scarica, lo stato di carica (SoC) può essere determinato misurando la densità dell’elettrolita.
Durante la carica, i processi avvengono in direzione opposta, cosicché il solfato di piombo formatosi durante la scarica viene ossidato a piombo e ridotto a ossido di piombo. Se il solfato di piombo viene completamente consumato e il processo di carica non viene interrotto, inizia l’elettrolisi dell’elettrolita. La sovraccarica con alte tensioni di carica genera gas di ossigeno e idrogeno per elettrolisi dell’acqua, che fuoriescono e si perdono. Le batterie sigillate hanno catalizzatori (Pd, Pt) sopra il ventilatore dove il gas ossidrogeno può ricombinarsi in acqua. La tensione della cella risultante può essere determinata dalla serie galvanica. La tensione totale della reazione redox è quindi: E0 = 1.68V - (-0.36V) = 2.04V.
Conclusioni
Le batterie di trazione e a ciclo profondo rappresentano una tecnologia essenziale per numerose applicazioni moderne, da quelle industriali a quelle legate alle energie rinnovabili. La loro capacità di mantenere prestazioni costanti sotto carichi prolungati e di sopportare frequenti cicli di scarica le rende ideali per un’ampia gamma di usi. La comprensione della loro chimica e delle loro diverse tipologie è fondamentale per selezionare la batteria più adatta per ogni specifica esigenza.
