Introduzione alle Batterie VLA
Le batterie VLA (Vented Lead-Acid), conosciute anche come batterie a piombo ventilate, sono un tipo di batteria a piombo con elettroliti liquidi, dove gli elettrodi sono immersi in un eccesso di elettrolita. Queste batterie si distinguono per la loro robustezza e durata, trovando impiego in svariati settori industriali e tecnologici.
Tipologie e Applicazioni
Le batterie VLA si dividono principalmente in tre categorie: batterie per trazione o ciclo profondo, batterie SLI e batterie VRLA.
Batterie per Trazione o Ciclo Profondo
Queste batterie sono progettate per fornire una scarica costante e piccola per lunghi periodi. Sono meno soggette a degrado a causa del ciclismo e sono necessarie per applicazioni in cui le batterie vengono scaricate regolarmente, come nei sistemi fotovoltaici e nei veicoli elettrici. Le batterie di trazione hanno piastre di piombo spesse per raggiungere una capacità specifica e un numero ragionevolmente alto di cicli.
Batterie SLI
SLI sta per avviamento, illuminazione e accensione. Queste batterie sono progettate per erogare la massima corrente in breve tempo, mantenendo costante la tensione, quindi hanno una resistenza interna molto bassa. Queste batterie hanno una buona durata in condizioni di ciclo superficiale, ma una vita molto scarsa sotto ciclismo profondo (circa 12-15 cicli).
Batterie VRLA
Le batterie VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid) sono sigillate o regolate da una valvola dove l’elettrolita è immobilizzato in un separatore assorbente o in un gel. Esistono due tipi principali di batterie VRLA: AGM (Absorbent Glass Mat) e Gel.
Chemistry of Lead-Acid Batteries
Il principio di funzionamento delle batterie al piombo-acido può essere illustrato dai processi chimici che avvengono durante la carica e scarica. Durante la scarica, al l’anodo avviene il processo Pb + SO42- → PbSO4 + 2e-. Il piombo viene ossidato con l’elettrolita in solfato di piombo, rilasciando due elettroni. Il solfato di piombo si forma anche al catodo
con la reazione: PbO2 + SO42- + 4H+ +2e- → PbSO4 + 2H2O. In questa reazione, avviene una riduzione dell’ossido di piombo. 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, in modo che il solfato di piombo formatosi durante la scarica venga ossidato in piombo e ossido di piombo ridotto, rispettivamente. 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 si disperde e si perde. Le batterie sigillate hanno catalizzatori (Pd, Pt) sopra la valvola 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 VLA, grazie alla loro versatilità e affidabilità, rappresentano una soluzione energetica fondamentale in numerosi settori. Dalle applicazioni industriali pesanti ai sistemi fotovoltaici, queste batterie offrono una combinazione unica di durata, capacità e efficienza, rendendole indispensabili nell’era moderna dell’energia e della mobilità.
