Il Tasso di C-rate nelle Batterie
Le batterie elettriche sono fonti essenziali di energia elettrica in corrente continua, convertendo l’energia chimica immagazzinata in energia elettrica attraverso un processo elettrochimico. Questo processo fornisce una forza elettromotrice che permette la circolazione di correnti nei circuiti elettrici ed elettronici. Una batteria tipica è composta da una o più celle voltaiche.
Principio di Funzionamento di una Cella Elettrochimica
Il principio fondamentale in una cella elettrochimica è la reazione redox spontanea che avviene tra due elettrodi separati da un elettrolita. L’elettrolita è una sostanza conduttiva ionica e isolante dal punto di vista elettrico.
Il Tasso di C-rate in una Batteria
Il C-rate è un’unità di misura utilizzata per esprimere la velocità di scarica o carica di una batteria rispetto alla sua capacità massima, con unità in h-1. Il contenuto energetico di una batteria può essere scaricato a diversi tassi, il che significa che un tasso di scarica più elevato corrisponde a un tempo di lavoro più breve della batteria e viceversa. Un alto C-rate genera più calore e provoca un aumento della temperatura della cella, innescando meccanismi di degradazione ad alta temperatura, riducendo la vita utile e la capacità della batteria.
Capacità e Curve di C-rate
I produttori spesso pubblicano schede tecniche con grafici che mostrano la capacità in funzione del C-rate. Un tasso di 1C significa che la corrente di scarica esaurirà l’intera batteria in 1 ora. Per una batteria da 100 Ampere-ore, questo equivale a una corrente di scarica di 100 Ampere. Le batterie ricaricabili sono generalmente valutate per la capacità e i cicli di carica su un tempo di scarica di 4 ore (0.25C), 8 ore (0.125C) o più.
Batterie Alcaline e Acido-Piombo
Per ottenere una buona lettura della capacità, le batterie alcaline e a piombo-acido sono comunemente valutate a un basso 0.05C, o 20 ore di scarica.
Batterie NiMH e Li-ion
Secondo Energizer, per le batterie NiMH, il tasso normale di scarica è 0.2C. La capacità nominale della batteria viene misurata a questo tasso. A tassi di scarica più elevati, la capacità effettiva sarà molto inferiore a quella nominale. Le batterie al litio-ion possono resistere a una temperatura massima di 60°C e si raccomanda di caricarle a un massimo di 45°C con un tasso di carica di 0.5C. Per una batteria 18650, il C-rating è generalmente 1C, il che significa che possiamo consumare un massimo di 2.85A dalla batteria.
Altre Caratteristiche Importanti delle Batterie
- Tensione della Cella: La tensione delle batterie elettriche è creata dalla differenza di potenziale dei materiali che compongono gli elettrodi positivi e negativi nella reazione elettrochimica.
- Tensione di Cutoff: La tensione di cutoff è la tensione minima consentita, definendo generalmente lo stato “vuoto” della batteria.
- Capacità: La capacità coulometrica è il totale di Ampere-ore disponibili quando la batteria è scaricata a una certa corrente di scarica dal 100% dello stato di carica (SOC) alla tensione di cutoff.
- Auto-scarica: Le batterie si auto-scaricano gradualmente anche quando non sono connesse e non forniscono corrente a causa di reazioni chimiche “laterali” che avvengono all’interno della cella anche senza carico.
- Degradazione: Una certa degradazione delle batterie ricaricabili si verifica ad ogni ciclo di carica-scarica. Questo avviene principalmente perché l’elettrolita si allontana dagli elettrodi o perché il materiale attivo si stacca dagli elettrodi.
- Profondità di Scarica: La profondità di scarica indica quanto 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 ha 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-ore rimasta nella batteria.
