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Batterie ricaricabili

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-cobalto o litio-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-manganese o litio-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.

 

 

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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