Principi de funziunament di bateri de inmagazinament del energia
Unbateria de inmagazinament de energial’è un dispusitif che cunvertiss e cunserva energia intra energia eletrich e energia chimich. Durant la scarica, l’energia chimich l’è cunvertida diretament en energia eletrich; durant la carica, l’energia eletrich l’è cunvertida ancamò en energia chimich per l’immagazzinament. I eletrodi pusitif e negatif in de la bateria sun fatt de materiai diferent. Quant che l’istess eletrolit l’è inserì, tüt i dü eletrodi stabiliran i propri putenziai eletrodi, cuma mustrà de la linea interrumpida ABCD in de la figura 1-4 (el spazi intra la linea trategiada e i eletrodi rapresenta el duppi strat eletric furmà). La diferenza in del putenzial di eletrodi d’equilibri intra i eletrodi pusitif e negatif la furma la forza eletromotiva (EMF) E de la bateria.
Figura 14 Diagramm schematich del principi de funziunament de la bateria de inmagazinament del energia
Quant che i eletrodi pusitif e negatif sun culegà a un carich esternu, el material del eletrodo pusitif guadagna eletrun e subìs una reaziun de riduziun, produsend una polarizaziun catodich, sbassand inscì el putenzial del eletrodo pusitif; el material del eletrodo negatif perd eletrun e subìs una reaziun de ossidaziun, produsend una polarizaziun anodich, aumentand inscì el putenzial del eletrodo negatif. Per el circuito esterno, i eletrun scorren del eletrodo negatif al eletrodo pusitif, donca la direziun de la curent l’è del eletrodo pusitif al eletrodo negatif. In del eletrolito, el trasferiment de carga g’he travers del muviment di ion, donca la direziun de la curent in del circuito interno l’è del eletrodo negatif al eletrodo pusitif. In del stat de scarica, la distribuziun del putenzial de la bateria l’è mustrada di linee interrumpii A'B'C'D' in de la figura 1-4. L’inter prucess furma un ciclo cumplet sarà, cunsentend ai reaziun de ossidaziun e de riduziun ai eletrodi de continuà en mod continuo, garantind inscì un fluss de curent cuntinu denter del ciclo sarà. Quand la bateria la funziuna, i reaziun eletrochimich che generan energia eletrich ai eletrodi sun ciamà reaziun che generan fluss e i sustanz che partecipan a chesti reaziun sun ciamà materiai atif.
El prucess de carica de una bateria l’è esenzialment l’inverso del sò prucess de scarica. Durant la carica, l’ossidaziun la se verifica al eletrodo pusitif, mentri la riduziun la se verifica al eletrodo negatif; cuntempuraneamente, la direziun de migraziun di ion in del eletrolit l’è uposta a chela durant la scarica e l’è necesaria una funt de alimentaziun esterna che süpera la tensiun del circuit avert de la bateria per guidar chestu prucess de cunversiun chimich, cuma mustrà di line interrutt A"B"C"D" in de la figura 1-4.
Per facilitar la conversion direta de l’enerjia qimega in enerjia eletrega, el process de ossid-reduzion qe al se verifega denter de una bateria de inmagazinament de l’enerjia l’è fondamentalment diferent dei reazion de ossid-reduzion convenzionai. Ind una bateria, i process de perder eletrun (ossidazion) e de guadagnar eletrun (riduzion) i g’hann de vesser separads in rejon diferente. De soraplu, i eletron g’hann de scorrer a travers un circuit estern quand qe i components ativ partecipen a la reazion. Chesti dü element ciaf distinguen el mecanism de ossid-reduziun denter de una bateria di reaziun chimich de ossid-reduziun urdinari e di reaziun microcellular in di fenomen de corrosiun eletrochimich.
Composiziun di bateri de inmagazinament del energia
Una bateria de cunservaziun de energia de bas duvaria avegh quater compunent fundamentai: eletrodi, eletrolit, separatur e involucro de la bateria.
eletrodo
I eletrodi, cuma compunent ciave de una bateria, sun dividù en eletrodi pusitif e negatif, principalment cumpost de materiai atif e de una strütüra condutiva. Intra luur, i materiai atif generan energia eletrich travers di reaziun chimich durant la scarica de la bateria e sun el fatur principal che determina la prestaziun de la bateria. I materiai atif sun per la magiur part solid, ma pœden vèss anca cuma liquid o gas.
I materiai atif g’han un’influenza decisiva sü la prestaziun cumplesiva de una bateria, e donc en general g’han i seguent requisit de prestaziun: 1 El materiai del eletrodo pusitif duvaria avegh un volt putenzial, menter el material del eletrodo negatif g’ha bisogn de mantegnir un bas putenzial, per vèss sicür che la bateria pœu generà una grand forza eletromotiva; I materiai atif g’han de avegh una bona reatività eletrochimich, cioè g’han de partecipar facilment ai prucess de ossidoriduziun; I compunent atif g’han de avegh una volta capacità specifich per pes e volum; I materiai atif g’han de avegh un’eccellent stabilità chimich en soluziun eletrolitich e el tass de auto-dessoluziun g’ha de vèss el püsee bas pusibel; I materiai atif g’han de avegh una volta condutività eletronich; Dal punt de vista del economia e del svilupp sostenibil, i materiai atif ideal dovarian vèss risurs che sun abundant e minga cari sü la Terra; I materiai atif g’han anca de vèss innocui per la salud del òmm e per l’ambient natüral.
Sudisfar tüt i standard de sora per un specifich material atif l’è assée dificil; donca, una cunsideraziun cumpleta l’è necesaria quand se seleziuna un material atif. Incœu, i materiai de catodo püsee duperà sun i ossid de metal, cuma l’anidrid de plomb, l’anidrid de manganes e l’ossid de nichel, e anca l’usigen del aria. Per i materiai anodich, se preferisen una gama de metal chimicament reatif, cuma zing, plomb, cadmio, ferr, litio e sodio.
La funziun del strütür conduttif l’è culegà el material atif al circuit estern e garantir una distribuziun de curent equilibrada. Suporta anca el material atif. Un strütür conduttif ideal duvaria avegh una resistenza mecanich ecelent, una volta stabilità chimich, una basa resistenza e una bona lavurabilità.
eletrolit
La funziun primaria del eletrolit l’è garantir una conduziun ionica eficas intra i eletrodi pusitif e negatif, intraprendend el cumpèt de trasport ionic. Ind un quai cas, al pœl anca partecipar a reazion eletroqimege. Per l’eletrolit duperà en una bateria, la sò prestaziun duvaria sudisfar i seguent requisit: 1 Duvaria avegh una bona stabilità chimich per prevegnir reaziun eletrochimich significatif a l’interfacia intra l’eletrolit e el material atif durant el cunservaziun, reducend inscì l’auto-scarica de la bateria; El dovaria avegh una volta condutività eletrich. La composiziun del eletrolit varia intra diferenti tip de bateri e de solet sun scernì cuma eletrolit soluziun aquos de acid, alcali o sel cunt una condutività ecellent. Però, di nœuf tecnologì de podè pœden duperà nœuf materiai cuma eletrolit solvent organich, eletrolit sal desleà o eletrolit solid.
isolament
Un separatur, famus anca cuma membrana o partiziun, l’è mettuu intra i eletrodi pusitif e negatif de una bateria. La sò funziun principal l’è prevegnir un cuntatt dirett intra i eletrodi, che podaria purtà a un curt circuit. I requisit de prestaziun de bas per i separatur sun: 1 vèss un bon isolant eletronich per evitar di curt circuit interni; avend una bas resistenza a la migraziun ionica in del eletrolit, redusend inscì la resistenza interna del inter dispusitif e redusend en mod significatif la perdita de energia en cundiziun de scarica de current volta-; che g’ha una bona stabilità chimich, che resisten a la corrusiun di eletrolit e ai reaziun de ossid-reduziun di materiai atif a eletrodo; avegh una resistenza mecanich sufisent e una resistenza a la flessiun per blocar eficacement la cressita di dendrit e prevegnir che i partisel atif piscinin penetran in de la membrana; 5 Cunsiderand i fatur economich, el dovaria vèss facilment dispunibel e minga dispendius.
I materiai separatur comun sun carta de cutun, carta a pasta, plastegh microporos, goma microporosa, celülosa idratada, tessü de nylon e fibra de veder, ecc.
Custodia de la bateria
L’involucro de la bateria, famus anca cuma contenitur de la bateria, l’è l’ünich tip de bateria in di bateri esistent indué l’eletrodo de zingh funziuna anca cuma involucro. Al cuntrari, olter tip de bateri tenden a duperà materiai specifich per l’incapsulament estern piuttòst che el materiai atif stess. Un involucro ideal de la bateria duvaria avegh di proprietà mecanich ecellent, resister ai vibraziun e ai scossi, restar stabil en di cundiziun de temperadüra estrem e resister a la corrusiun del eletrolit. En prategh, materiai cuma metal, plastega e goma dura sun duperà tant cuma involucri per i bateri per i luur vantagg.