Prinçipio de fonçionamento de battëie d'immagazzinamento d'energia
Unbatteria d'immagazzinamento d'energiao l'é un appægio ch'o converte e o l'immagazziña l'energia tra l'energia elettrica e l'energia chimica. Durante a descharge, l’energia chimica a ven convertia direttamente inte de l’energia elettrica; durante a carrega, l'energia elettrica a ven convertia torna inte l'energia chimica pe ëse conservâ. I elettrodi poxitivi e negativi inta batteria en fæti de materiali despægi. Quande vëgne inserio o mæximo elettrolito, tutti doî i elettrodi stabiliscian i seu potensiæ d’elettrodi, comme mostrou da-a linia rotta ABCD inta figua 1-4 (o spaçio tra a linia trattezzâ e i elettrodi o representa o seu doggio elettrico formou). A differensa into potençiale di elettrodi d’equilibrio tra i elettrodi poxitivi e negativi a forma a fòrsa elettromotiva (EMF) E da batteria.
Figua 14 Diagramma schematico do prinçipio de fonçionamento da batteria d’immagazzinamento d’energia
Quande i elettrodi poxitivi e negativi en collegæ à unna carrega esterna, o materiale de l’elettrodo poxitivo o guägna di elettroin e o subisce unna reaçion de reduçion, ch’a produxe unna polarizzaçion catòdica, ch’a l’abbassa coscì o potençiale de l’elettrodo poxitivo; o materiale de l’elettrodo negativo o perde di elettroin e o subisce unna reaçion d’oscidaçion, ch’a produxe unna polarizzaçion anòdica, e donca a l’aumenta o potençiale de l’elettrodo negativo. Pe-o çircuito esterno, i elettroin scorran da l’elettrodo negativo à l’elettrodo poxitivo, donca a direçion da corrente a l’é da l’elettrodo poxitivo à l’elettrodo negativo. Inte l’elettrolito, o trasferimento de carrega o l’avvëgne pe mezo do movimento di ioin, donca a direçion da corrente into çircuito interno a l’é da l’elettrodo negativo à l’elettrodo poxitivo. Into stato de descarica, a distribuçion do potençiale da batteria a l’é mostrâ da-e linie interrotte A’B’C’D’ inta figua 1-4. L’intrego proçesso o forma un çiclo serrou completo, ch’o permette a-e reaçioin d’oscidaçion e de reduçion inti elettrodi d’anâ avanti delongo, assicurando coscì un flusso de corrente continuo drento do çiclo serrou. Quande a batteria a fonçioña, e reaçioin elettrochimiche che generan de l’energia elettrica inti elettrodi en dite reaçioin che generan de flusso e e sostanse che piggian parte à ste reaçioin en dite materiali attivi.
O proçesso de carregamento de unna batteria o l’é in sostansa o conträio do seu proçesso de carregamento. Durante a carrega, l’oscidaçion a l’avvëgne inte l’elettrodo poxitivo, mentre a reduçion a l’avvëgne inte l’elettrodo negativo; a-o mæximo tempo, a direçion de migraçion di ioin inte l’elettrolito a l’é oppòsta à quella durante a descharge e pe guiddâ sto proçesso de converscion chimica l’é neçessäio unna vivagna d’alimentaçion esterna ch’a scompassa a tenscion do çircuito averto-, comme mostrou da-e linie rotte A"B"C"D" inta figua 1-4.
Pe façilitâ a converscion diretta de l’energia chimica inte l’energia elettrica, o proçesso redox ch’o se verifica drento de unna batteria d’immagazzinamento d’energia o differisce fondamentalmente da-e reaçioin redox convençionale. Inte unna batteria, i proçesci de perdia d’elettroin (oscidaçion) e de guägno d’elettroin (reduçion) devan vegnî separæ inte de regioin despæge. Pe de ciù, i elettroin devan scorî atraverso de un çircuito esterno quande di componenti attivi piggian parte a-a reaçion. Sti doî elementi ciave distinguan o mecanismo redox drento de unna batteria da-e reaçioin chimiche redox ordinäie e e reaçioin de microçellole inti fenòmeni de corroxon elettrochimica.
Compoxiçion de battëie d'immagazzinamento d'energia
Unna batteria de base pe l'immagazzinamento d'energia a dovieiva contegnî quattro componenti fondamentæ: elettrodi, elettrolito, separatô e involucro da batteria.
elettrodo
I elettrodi, comme componenti ciave de unna batteria, vëgnan scompartii inte di elettrodi poxitivi e negativi, compòsti pe-o ciù da di materiali attivi e da un quaddro conduttô. Tra de questi, i materiali attivi generan de l’energia elettrica pe mezo de reaçioin chimiche durante a descharge da batteria e son o fattô prinçipâ ch’o determina a prestaçion da batteria. I materiali attivi en pe-o ciù sòlidi, ma peuan existî ascì comme liquidi ò gas.
I materiali attivi an unn’influensa deçixiva in sciâ prestaçion complesciva de unna batteria e donca pe commun an i seguenti requixiti de prestaçioin: 1 O materiale de l’elettrodo poxitivo o dovieiva avei un potençiale erto, tanto che o materiale de l’elettrodo negativo o l’à de beseugno de mantegnî un potençiale basso, pe ëse seguo che a batteria a pòsse generâ unna gran fòrsa elettromotiva; I materiali attivi devan avei unna boña reattivitæ elettrochimica, saieiva à dî che dovieivan parteçipâ de lengê a-i proçesci redox; I componenti attivi an beseugno d’avei unn’erta capaçitæ speçifica pe peiso e volumme; I materiali attivi an beseugno d’avei unn’eccellente stabilitæ chimica inte soluçioin d’elettroliti e o tasso d’auto-dissoluçion o dovieiva ëse o ciù basso poscibile; I materiali attivi dovieivan avei unn’erta conduttivitæ elettrònica; Da-o ponto de vista de l'economia e do sviluppo sostegnibile, i materiali attivi ideali dovieivan ëse de resòrse ch'en abbondante e econòmiche in sciâ Tæra; I mateiæ attivi dovieivan ascì ëse inofenscivi pe-a sanitæ umaña e pe l'ambiente natuâ.
Soddisfâ tutti i standard stæti mensunæ de d'ato pe un speçifico materiale attivo o l'é assæ diffiçile; donca, unna conscideraçion approfondia a l'é neçessäia quande se seleçioña un mateiâ attivo. A-o momento i materiali catòdichi deuviæ ciù de frequente son i òscidi de metallo, comme o biòscido de ciongio, o biòscido de manganese e l’òscido de nichel, coscì comme l’oscigeno da l’äia. Pe-i materiali d’anòdi se preferisce unna gamma de metalli chimicamente reattivi, comme o zinco, o ciongio, o cadmio, o færo, o litio e o sòdio.
A fonçion do quaddro conduttô a l’é de collegâ o materiale attivo a-o çircuito esterno e garantî unna distribuçion de corrente equilibrâ. O sostëgne ascì o mateiâ attivo. Un quaddro conduttô ideale o dovieiva avei unn’eccellente rescistensa mecanica, unn’erta stabilitæ chimica, unna bassa rescistivitæ e unna boña capaçitæ de travaggiâ.
elettroliti
A fonçion primmäia de l’elettrolito a l’é d’asseguâ unna conduçion efficaçe di ioin tra i elettrodi poxitivi e negativi, co-o compito do traspòrto di ioin. Inte çerti caxi o peu piggiâ parte ascì à de reaçioin elettrochimiche. Pe l’elettrolito deuviou inte unna batteria, a seu prestaçion a dovieiva soddisfâ i requixii seguenti: 1 O dovieiva avei unna boña stabilitæ chimica pe prevegnî de reaçioin elettrochimiche scignificative à l’interfaccia tra l’elettrolito e o materiale attivo durante a conservaçion, reduxendo coscì l’auto-scarica da batteria; O dovieiva avei unn'erta conduttivitæ elettrica. A compoxiçion de l’elettrolito a cangia tra e diverse qualitæ de battëie e pe-o sòlito vëgne çernuo comme elettrolito de soluçioin aquose d’açidi, alcali ò sæ con unn’eccellente conduttivitæ. À tutti i mòddi, çerte neuve tecnologie d’energia peuan deuviâ di neuvi materiali comme di elettroliti solventi organichi, di elettroliti de sâ deslenguou ò di elettroliti sòlidi.
isoamento
Un separatô, conosciuo ascì comme membraña ò partiçion, o l’é misso tra i elettrodi poxitivi e negativi de unna batteria. A seu fonçion prinçipâ a l’é de prevegnî o contatto diretto tra i elettrodi, ch’o porrieiva portâ à un cortocircuito. I requixiti de base de prestaçioin pe-i separatoî comprendan: 1 ëse un bon isolatô elettrònico pe prevegnî di curti circuiti interni; con avei unna bassa rexistensa a-a migraçion di ioin inte l’elettrolito, reduxendo coscì a rexistensa interna de l’intrego dispoxitivo e reduxendo scignificativamente a perdia d’energia inte condiçioin de descharge d’erta-corrente; possedendo unna boña stabilitæ chimica, resciste a-a corroxon di elettroliti e a-e reaçioin redox di materiali attivi à l’elettrodo; con avei unna fòrsa mecanica e unna rexistensa a-a curvatua suffiçiente pe bloccâ effettivamente a crescita di dendriti e impedî à de partiçelle attive picciñe de penetrâ inta membraña; 5 Consciderando i fattoî econòmichi, o dovieiva ëse disponibile de lengê e econòmico.
I materiali de separaçion commun comprendan o papê de coton, o papê à pasta, a plastica microporosa, a gomma microporosa, a çellolosa idratâ, a stöfa de nailon e a fibra de veddro, etc.
Involucro da batteria
L’involucro da batteria, conosciuo ascì comme contenitô de batteria, o l’é l’unico tipo de batteria inte battëie d’immagazzinamento d’energia ch’existe, donde l’elettrodo de zinco o serve ascì comme involucro. Pe contra, di atri tipi de battëie tendan à deuviâ di materiali speçifichi pe l’incapsulaçion esterna ciufito che o mæximo materiale attivo. Unn’involucro ideale pe-a batteria o dovieiva avei de propietæ mecaniche eccellente, resciste a-e vibraçioin e a-i scossi, restâ stabile inte condiçioin de temperatua estreme e resciste a-a corroxon de l’elettrolito. Inta prattica, di materiali comme i metalli, a plastica e a gomma dua vëgnan deuviæ pe coscì comme involucri pe-e battëie apreuvo a-i seu respettivi avvantaggi.