Il Tensione di Cutoff nelle Batterie
Una batteria elettrica è essenzialmente una fonte di energia elettrica in corrente continua. Trasforma l’energia chimica immagazzinata in energia elettrica attraverso un processo elettrochimico, fornendo una forza elettromotrice per il flusso di correnti nei circuiti elettrici ed elettronici. Una batteria tipica consiste di una o più celle voltaiche.
Il principio fondamentale in una cella elettrochimica è la reazione redox spontanea in due elettrodi separati da un elettrolita, una sostanza conduttiva ionica e isolante elettricamente. La tensione delle batterie elettriche è generata dalla differenza di potenziale dei materiali che compongono l’elettrodo positivo e negativo nella reazione elettrochimica.
Tensione di Cutoff
La tensione di cutoff è la tensione minima consentita, definendo generalmente lo stato “vuoto” della batteria. Nella maggior parte delle batterie, una scarica profonda causa un degrado irreversibile dei materiali. La capacità coulometrica è la quantità totale di Ampere-ora disponibile quando la batteria viene scaricata a una certa corrente di scarica dal 100% dello stato di carica (SOC) alla tensione di cutoff. Alcuni dispositivi elettronici, come i telefoni cellulari, si spengono automaticamente quando viene raggiunta la tensione di cutoff.
Quando si testa la capacità di una batteria NiMH o NiCd, si utilizza normalmente una tensione di cutoff di 1.0 V per cella, mentre per una cella alcalina si usa 0.9 V. Dispositivi con tensioni di cutoff troppo alte possono smettere di funzionare mentre la batteria ha ancora una capacità significativa. La batteria agli ioni di litio ha una tensione di cutoff più alta, circa 3.2 V, con una tensione nominale tra 3.6 e 3.8 V; la sua tensione massima di carica può arrivare a 4–4.2 V. La batteria agli ioni di litio può essere scaricata fino a 3V e anche meno; tuttavia, con una scarica a 3.3V (a temperatura ambiente), circa il 92–98% della capacità viene utilizzata.
È importante, specialmente nel caso delle batterie agli ioni di litio utilizzate nella maggior parte dell’elettronica portatile oggi, che una tensione di cutoff inferiore a 3.2V può portare a instabilità chimica nella cella, riducendo la durata della batteria.
Altre Caratteristiche
Per confrontare e comprendere le capacità di ogni batteria, alcuni parametri importanti sono caratteristici di ogni tipo di batteria. Questi parametri sono un riferimento quando si necessita di una batteria con specifiche qualità, poiché le batterie sono utilizzate in tutti i tipi di dispositivi e per scopi infiniti.
Tensione della Cella
La tensione delle batterie elettriche è creata dalla differenza di potenziale dei materiali che compongono gli elettrodi positivo e negativo nella reazione elettrochimica.
Capacità
La capacità coulometrica è la quantità totale di Ampere-ora disponibile quando la batteria viene scaricata a una certa corrente di scarica dal 100% dello stato di carica alla tensione di cutoff.
Tasso di Autocarica
Le batterie si autodischiaricano gradualmente anche se non collegate e non forniscono corrente. Ciò è dovuto a reazioni chimiche “secondarie” non produttrici di corrente che si verificano all’interno della cella anche quando non è applicato alcun carico.
Degradazione
Alcune degradazioni delle batterie ricaricabili si verificano ad ogni ciclo di carica-scarica. La degradazione di solito si verifica perché l’elettrolita migra via 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 di “pieno” e “vuoto”, ovvero la quantità di carica in Ampere-ora rimasta nella batteria.
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