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Come scegliere una batteria?

Una batteria è un dispositivo composto da una o più celle elettrochimiche con connessioni esterne che consentono di alimentare dei dispositivi elettrici. In questa guida tratteremo i vari tipi di batterie ricaricabili nonché le batterie alcaline, che non sono ricaricabili.

Le batterie ricaricabili sono prodotte in diverse forme e dimensioni e vanno dalle pile a bottone ai sistemi a megawatt collegati tra loro per stabilizzare le reti di distribuzione elettrica. Le combinazioni di elettrodi ed elettroliti di diversi materiali danno origine ai diversi tipi di batteria, tra cui piombo acido, nichel-cadmio (Ni-Cd), nichel-metallo idruro (NiMH), ioni di litio (Li-ion) e polimeri di ioni di litio (polimero Li-ion).

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  • Batterie: quale scegliere?

    Batterie della marca EPC
    Batterie della marca EPC

    Per scegliere la batteria più adatta alle proprie esigenze, è necessario considerare i seguenti fattori:

    • La capacità della batteria in milliampere-ore (mAh) (metodo di calcolo riportato di seguito).
    • La tensione, che dipende dai materiali utilizzati per gli elettrodi e può variare da 3,2 a 4 V per le batterie al litio e da 1,2 a 2 V per le altre.
    • La temperatura di esercizio.
    • Le dimensioni della batteria e la sua forma.
    • Il tipo di utilizzo.
    • Il prezzo.

    Tutte le batterie hanno due caratteristiche fondamentali:

    • La tensione, espressa in volt (V): le batterie ricaricabili hanno generalmente una tensione di 12 V. Per le celle più grandi con tensioni di 12 V, 24 V o 48 V, si utilizzano celle separate da 2 V, destinate ad essere assemblate in serie, e che hanno una durata di vita di circa 10 anni.
    • La capacità, espressa in ampere-ore (Ah). Per capacità maggiori è possibile collegare in parallelo più batterie.

    Moltiplicando la tensione per la capacità, si ottiene la quantità di elettricità immagazzinata in kilowattora (kWh).Esempio: una batteria da 12 V-100 Ah contiene teoricamente 12 x 100 = 1200 Wh = 1,2 kWh.

    A seconda di queste caratteristiche, si dovrà scegliere la tecnologia, ossia il tipo di batteria e la sua composizione chimica: piombo-acido, nichel, litio. Non esiste una tecnologia migliore delle altre: Ogni batteria ha i suoi vantaggi e svantaggi e la scelta dipenderà dalle vostre esigenze.

    Le batterie hanno una durata di vita e un numero di cicli prestabiliti che variano a seconda delle condizioni ambientali (temperatura ambiente) e del tipo di utilizzo (profondità di scarica). Per aumentarne la durata e ottimizzarne il funzionamento, si consiglia di seguire le raccomandazioni di conservazione e di utilizzo.

  • Come dimensionare correttamente una batteria?

    Per dimensionare una batteria, è necessario calcolare il consumo totale giornaliero (in watt al giorno) e dividerlo per la tensione in corrente continua (in volt). Per ottenere la potenza minima necessaria, dividere questo risultato (in ampere/giorno) per 0,5. È preferibile evitare che la carica di alcune batterie, in particolare delle batterie al piombo-acido, scenda al di sotto del 50%. Lavorare ad una tensione di 24 V consente di dimezzare la potenza richiesta rispetto a 12 V mentre lavorare a 48 V permette di ridurla di quattro volte. Se si hanno più dispositivi che funzionano contemporaneamente, è meglio disporre di maggiore potenza.

  • Perché scegliere una batteria al litio?

    Batterie al litio della marca Panasonic
    Batterie al litio della marca Panasonic

    Una batteria al litio è un accumulatore elettrochimico che utilizza come elemento chimico il litio. Tutti i materiali che contengono degli ioni di litio possono essere utilizzati per fabbricare delle batterie al litio. È molto difficile dare regole generali su questo tipo di batteria, in quanto i dispositivi di piccole dimensioni (macchine fotografiche, telefoni cellulari, ecc.) e quelli che consumano molta energia (veicoli ibridi, elettrici, aeronautici, ecc.) non hanno le stesse esigenze in termini di durata, costo o potenza.

    Le batterie al litio si dividono in due tipi:

    • Batterie agli ioni di litio (Li-ion), che sono molto stabili ed hanno una densità di energia molto alta (la più alta sul mercato).
    • Batterie ai polimeri di litio (Li-Po), in cui l’elettrolita è realizzato in polimeri semisolidi di litio ad alta conducibilità. Si tratta di una tecnologia a secco particolarmente promettente.
    • Batterie al Litio-ferro-fosfato (LiFePO4), la cuidensità di energia è inferiore, ma che offrono un’eccellente durata e un’elevata sicurezza. Queste batterie sono ideali per alimentatori di emergenza (UPS).

    Vantaggi:

    • Alta densità di energia, e quindi minor peso e volume.
    • Manutenzione ridotta.
    • Ricaricabili.
    • Lunga durata di vita
    • Autoscarica molto bassa.
    • Ampia varietà di forme.
    • Effetto memoria limitato.

    Svantaggi:

    • Più costose.
    • Necessità di un circuito di protezione (batterie pericolose).
    • Norme rigorose per il trasporto.
    • Usura anche se inutilizzate.

    Cicli: forniscono circa 1.300 cicli al 100% di scarica.

    Applicazioni (indipendentemente dal tipo di litio):

    • Stoccaggio di energia solare ed eolica.
    • Stoccaggio di energia elettrica.
    • Applicazioni autonome (illuminazione pubblica, parchimetri, telecamere di sicurezza, radar, semafori, ecc.)
    • Mobilità (biciclette elettriche, veicoli elettrici, veicoli elettrici, robotica, aeronautica, droni, ecc.) [utilitaires ou industriels]
    • Energia portatile (batterie, convertitori, unità di potenza).
  • Perché scegliere una batteria al piombo?

    Batteria al piombo-acido della marca AUNILEC
    Batteria al piombo-acido della marca AUNILEC

    Esistono due tipi di batterie al piombo:

    • Le batterie al piombo aperte con un elettrolita di acido solforico diluito con acqua. Si tratta di una tecnologia affidabile, nota fin dal XIX secolo. Queste batterie hanno lo svantaggio di essere sensibili alle variazioni di temperatura. Inoltre, richiedono una regolare manutenzione (rabbocco con acqua distillata), in quanto il loro elettrolita evapora nel tempo.
    • Batterie al piombo ermetiche con elettrolita al gel. Questi modelli hanno il vantaggio di essere esenti da manutenzione, facili da maneggiare (nessun rischio di perdite) e di essere perfettamente stabili. Essi forniscono generalmente circa 400 cicli all’80% di scarica.

    Vantaggi:

    • Affidabilità.
    • Durata di vita.
    • Nessun effetto memoria.
    • Poco costose.
    • Basso tasso di autoscarica, dal 5 al 10% al mese

    Svantaggi:

    • Peso elevato.
    • Bassa autonomia.
    • Sensibilità al freddo.
    • Manutenzione regolare (solo per  batterie al piombo aperte).
    • Bassa densità di energia.

    Applicazioni:

    • Industria.
    • Attrezzature per veicoli ferroviari e automobilistici (compresi i camion), aerei, satelliti, etc.
  • Perché scegliere una batteria al nichel?

    Batteria al nichel della marca CHANGHONG
    Batteria al nichel della marca CHANGHONG

    Le batterie al nichel-metallo idruro, note come batterie NiMH ,hanno quasi sostituito le batterie Ni-Cd al (nichel-cadmio) perché meno dannose per l’ambiente. La presenza di cadmio nelle batterie Ni-Cd, infatti, pone il problema del riciclaggio. Le batterie NiMH hanno un’elevata densità di energia e possono essere scaricate completamente senza che ciò ne comprometta la durata di vita.

    Questi modelli hanno lo svantaggio di avere una bassa capacità e, di conseguenza, sono destinati a dispositivi che hanno bisogno di un’autonomia di qualche ora. Le batterie al piombo forniscono generalmente tra 500 e 700 cicli con una scarica dell’80%.

    Vantaggi delle batterie Ni-Cd:

    • Lunga durata di vita, fino a 20 anni.
    • Resistenza a temperature estreme (da -20° C a +40° C).
    • Bassa resistenza interna: alta densità di energia, combinata con una capacità di carica rapida.
    • Minor peso rispetto alle batterie al piombo.

    Svantaggi delle batterie Ni-Cd :

    • Più costose.
    • Impatto ecologico: sia il nichel che il cadmio sono tossici. Costo dei processi di smaltimento/riciclaggio.
    • Effetto memoria: la batteria deve essere completamente scarica al momento della ricarica.
    • Scarsa autonomia.

    Vantaggi delle batterie NiMH :

    • Simili alle batterie Ni-Cd.
    • Minor effetto memoria.
    • Migliore autonomia.

    Svantaggi delle batterie NiMH

    • Più costose.
    • Soggette ad autoscarica.
  • Perché scegliere una batteria alcalina?

    Batteria alcalina della marca CHANGHONG
    Batteria alcalina della marca CHANGHONG

    I modelli più comuni di pila alcalina sono le pile allo zinco e al biossido di manganese (Zn-MnO2) e le pile al litio e al biossido di manganese (Li-MnO2). Queste batterie vengono utilizzate principalmente per scopi domestici. I formati principali sono i formati cilindrici (LR3, LR6, LR14, LR20) e i formati a pulsante. A causa delle loro dimensioni e peso, le batterie alcaline sono ampiamente utilizzate in dispositivi portatili a bassa potenza come telecomandi, torce, orologi, giocattoli, ecc.

    Vantaggi:

    • Buon mercato.
    • Discreta densità di energia.
    • Disponibilità.

    Svantaggi:

    • Generalmente non ricaricabili.
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