Tensione delle Batterie Elettriche – Tensione delle Celle
La tensione delle celle delle batterie elettriche è generata dalla differenza di potenziale dei materiali che costituiscono gli elettrodi positivi e negativi nella reazione elettrochimica. La tensione complessiva delle batterie elettriche è determinata da:
Chimica
La differenza di potenziale dei materiali degli elettrodi positivi e negativi influenza la tensione delle celle. Ad esempio, le batterie alcaline non ricaricabili (AAA, AA e C) hanno comunemente una tensione a circuito aperto di 1,5 V (DC), mentre le celle a base di litio, come le celle a bottone, hanno una tensione di 3 V (DC). Quasi tutte le batterie agli ioni di litio operano a 3,8 V (DC).
Numero di celle
Le batterie collegate in serie producono una tensione pari al numero di batterie moltiplicato per la tensione di ciascuna batteria. Ad esempio, una batteria per auto comune ha una tensione di 12 V (DC), ma è composta da sei celle al piombo da 2 V ciascuna.
Principio Fondamentale
Un batteria elettrica è essenzialmente una fonte di energia elettrica DC. Converte l’energia chimica immagazzinata in energia elettrica attraverso un processo elettrochimico, fornendo una forza elettromotrice per consentire il flusso di corrente nei circuiti elettrici ed elettronici. Una batteria tipica è costituita da una o più celle voltaiche.
Perché le Batterie Alcaline sono da 1,5V?
In una batteria alcalina, l’elettrodo negativo è lo zinco e quello positivo è il biossido di manganese (MnO2). L’elettrolita alcalino di idrossido di potassio (KOH) non viene consumato durante la reazione, solo lo zinco e MnO2 vengono consumati durante lo scaricamento. Le reazioni a metà cella sono:
Zn(s) + 2OH−(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e− [Eossidazione° = +1.28 V]
2MnO2(s) + H2O(l) + 2e− → Mn2O3(s) + 2OH−(aq) [Eriduzione° = +0.15 V]
Reazione complessiva: Zn(s) + 2MnO2(s) ⇌ ZnO(s) + Mn2O3(s) [e° = +1.43 V]
Altre Caratteristiche delle Batterie
Per confrontare e comprendere le capacità di ciascuna batteria, alcuni parametri importanti sono caratteristici di ciascun tipo di batteria. Questi parametri sono un riferimento quando è necessaria una batteria con qualità specifiche, poiché le batterie sono utilizzate in tutti i tipi di dispositivi e per scopi infiniti.
Tensione di Taglio
La tensione di taglio è la tensione minima consentita. Generalmente, questa tensione definisce lo stato “vuoto” della batteria.
Capacità
La capacità coulometrica è il totale degli Ampere-ora disponibili quando la batteria viene scaricata a una certa corrente di scarica dal 100% dello stato di carica (SOC) alla tensione di taglio.
Tasso di Autodiscarica
Le batterie si autodiscaricano gradualmente anche se non collegate e non erogano corrente. Ciò è dovuto a reazioni chimiche “secondarie” che si verificano all’interno della cella anche quando non è applicato alcun carico.
Degradazione
Una certa degradazione delle batterie ricaricabili si verifica in ogni ciclo di carica-scarica. La degradazione di solito si verifica perché l’elettrolita migra lontano dagli elettrodi o perché il materiale attivo si stacca dagli elettrodi.
Profondità di Scarica
La profondità di scarica è una misura di quanta energia è stata prelevata da una batteria ed è espressa come percentuale della capacità totale. Ad esempio, da una batteria da 100 Ah dalla quale sono stati prelevati 40 Ah, si è verificata una profondità di scarica del 40%.
Stato di Carica
Lo stato di carica si riferisce alla quantità di carica in una batteria rispetto ai suoi stati predefiniti “pieno” e “vuoto”, ovvero la quantità di carica in Ampere-ora rimanente nella batteria.
