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Batterie ricaricabili

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Le batterie ricaricabili rivestono un ruolo importante nella nostra vita e molte attività quotidiane sarebbero impensabili senza la possibilità di ricaricare una batteria. I principali elementi da tenere in considerazione sono energia specifica, vita utile, caratteristiche di carico, sicurezza, costo, autoscarica, questioni ambientali, esigenze di manutenzione e smaltimento.

Piombo - Acido — tecnologia consolidata per le batterie ricaricabili, è semplice e robusta per quanto riguarda la realizzazione, le tecniche di ricarica e le condizioni di funzionamento, presenta buon rapporto costo/performance e facilità di riciclo dei materiali costituenti. Svantaggi: degrado delle prestazioni in durata in caso di grandi assorbimenti, uso del piombo come costituente (sostanza velenosa), bassa densità energetica e sofferenza alle basse temperature. Applicazioni tipiche:  batterie per autovetture, dispositivi di mobilità elettrica, illuminazione di emergenza, equipaggiamento di strumentazione e UPS

Nickel – Cadmio (NiCd) — tecnologia matura e ben conosciuta, è quella che consente la più bassa temperatura di esercizio (da -20 a +50°C); densità energetica maggiore delle batterie piombo-acido, lunga vita di esercizio, alta corrente di scarica, econonomicità sono altri aspetti notevoli. La presenza del Cadmio, tossico e pericoloso per l’ambiente, ha determinato l'introduzione di altre chimiche (Nickel-idrato e Nickel–Metal-idrato). Principali applicazioni: utensili elettrici, apparecchi ricetrasmittenti, dispositivi avionici, UPS, propulsione elettrica (auto).

Nickel–Metal-idrato (NiMH) — tecnologia che ha sostituito la NiCd; maggiore densità energetica e minore presenza di elementi tossici. Principali applicazioni: strumentazione elettromedicale, propulsione elettrica (auto), industria. Versioni stilo (AA) e mini stilo (AAA) per applicazioni consumer.

Litio-ioni (Li ion) — la tecnologia più recente e con grande possibilità di sviluppo futuro. Leggera, è largamente usata in tutti i dispositivi consumer portatili e nella propulsione elettrica.Tra gli svantaggi, il costo (in discesa) rispetto ai sistemi acido nichel e piombo e la necessità di circuito di protezione per la sicurezza. 

La famiglia delle batterie Litio-ioni è suddivisa in tre tipi principali definiti dalla natura degli ossidi costituenti il catodo: cobalto, manganese e fosfato. Le caratteristiche dei tre tipi sono di seguito evidenziate:
Litio-ioni-cobaltolitio-cobalto (LiCoO2): alta energia specifica con limitate capacità di carico e relativamente breve vita media. Applicazioni: terminali telefonici cellulari, laptop, fotocamere digitali, accessori abbigliamento, ...
Litio-ioni-manganeselitio-manganese (LiMn2O4): consente alte correnti di carica e di scarica ma con una bassa energia specifica, vita media relativamente breve. Applicazioni: utensili elettrici di potenza, strumentazione elettromedicale e propulsione elettrica.
Litio-ioni-fosfato o litio-fosfato (LiFePO4): simile alla litio-manganese con tensione nominale della cella 3.3V; lungo ciclo di vita con la minor incidenza di problemi di sicurezza, rivela una maggiore austoscarica rispetto alle altre batterie Li-ion.

Vi sono molte altre batterie litio-ioni, tra cui la litio-ioni-polimero o Li-po. Mentre le batterie Li-ion derivano il nome dal materiale che costituisce il loro catodo, la batteria Li-po si distingue per la diversa architettura. E' disponibile anche la batteria litio-metallo ricaricabile il cui sviluppoè in continua evoluzione per controllare, limitandola, la formazione di dendriti di Litio che ne possono ridurre durata e sicurezza. 

La Tabella 1 confronta le caratteristiche delle 4 batterie ricaricabili più comunemente usate indicando i valori disponibili al momento della pubblicazione.

secondary batt table

Table 1 -  Caratteristiche delle batterie ricaricabili più comunemente usate

Nota: i numeri indicati sono ricavati dai valori medi delle batterie in commerico.

1 Internal resistance of a battery pack varies with milliampere-hour (mAh) rating, wiring and number of cells. Protection circuit of lithium-ion adds about 100mΩ.
2 Based on 18650 cell size. Cell size and design determines internal resistance.
3 Cycle life is based on battery receiving regular maintenance.
4 Cycle life is based on the depth of discharge (DoD). Shallow DoD improves cycle life.
5 Self-discharge is highest immediately after charge. NiCd loses 10% in the first 24 hours, then declines to 10% every 30 days. High temperature increases self-discharge.
6 Internal protection circuits typically consume 3% of the stored energy per month.
7 The traditional voltage is 1.25V; 1.2V is more commonly used.
8 Low internal resistance reduces the voltage drop under load and Li-ion is often rated higher than 3.6V/cell. Cells marked 3.7V and 3.8V are fully compatible with 3.6V.
9 Capable of high current pulses; needs time to recuperate.
10 Do not charge regular Li-ion below freezing.
11 Maintenance may be in the form of equalizing or topping charge to prevent sulfation.
12 Cut-off if less than 2.20V or more than 4.30V for most Li-ion; different voltage settings apply for lithium-iron-phosphate.

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