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Titolo: Batterie rapporto Tensione livello carica

 
Qualcuno sa perchè le NiX hanno tensione costante di 1,2V indipendentemente da l livello di carica
mentre le Litio varia notevolmente da 2,5v a 4,2v
 
intendo qual'è il motivo Fisico-Chimico a determinare questo diverso comportamento
 
grazie e saluti


non ti so dire niente di specifico, perché non so 
esattamente i dettagli di ciascuna.
 
Ad ogni modo in generale, la teoria prevede tipologie di 
elettrodi di varie specie.
Fermandoci ad elettrodi non gassosi, l'anodo a litio è un 
composto di intercalazione e può essere per certi versi 
assimilato ad un'amalgama di litio in una matrice inerte.
LA negatività del suo potenziale è proporzionale alla 
concentrazione di atomi di litio nell'amalgama.
Se fosse possibile avere direttamente granuli di litio 
metallico come forma ridotta, ed un sale insolubile di litio 
come forma ossidata, il potenziale anodico sarebbe 
"zerovariante"
 
 
Esistono infatti elettrodi basati su sali insolubili, come 
gli elettrodi di riferimento (SSE, SCE, a argento e cloruro 
di argento o analogo a mercurio, ma anche molti altri), che 
siccome hanno una scorta di sale solido, e siccome la 
soluzione è satura, sono in grado di mantenere tutte le 
specie chimiche rilevanti per il potenziale a concentrazione 
costante pur in presenza di flussi di corrente.
In questo caso la pila vede modificarsi soltanto il 
"rapporto quantitativo tra le fasi insolubili" ma non le 
concentrazioni degli ioni in soluzione, e è in grado di 
mantenere un potenziale circa costante. Tanto più costante 
quanto più è bassa la carica o scarica.
 
Presumo, pur non conoscendo i dettagli che la pila NiX (non 
so per cosa stia X, conoscevo solo le NiCd) possa avere una 
sorta di elettrodi di terza specie a sali insolubili.
 
La batteria al piombo è un caso bizzarro. Tutto quanto 
contiene il piombo medesimo (la specie elettroattiva) è in 
effetti INSOLUBILE e presente in soluzioni sature quindi, e 
zerovariante. La concentrazione dello ione solfato, che non 
è strettamente elettroattivo ma influisce come 
complessante-precipitante del piombo 2 è molto alta e varia 
poco percentualmente, ma un po' varia, e quindi il 
potenziale non è proprio costante (effetto dello ione a 
comune del solfato).
Ma, soprattutto, il catodo a PbO2, nella scarica (subendo 
riduzione) coinvolge ben 4 protoni, quindi anche se non 
elettroattivo a rigori, il protone entra nelle variabili che 
influenzano il potenziale del catodo (e ci entra a gamba 
tesa con una quarta potenza). Durante la scarica l'attività 
protonica in cella scende e quando la batteria è proprio 
esaurita è rimasto poco acido solforico nell'elettrolita. 
L'abassamento di acidità è la causa dell'abbassamento di 
tensione, pur essendo in effetti, tutte le specie a base di 
piombo insolubili e in apparenza zerovarianti.
 
Se al posto del biossido di piombo, si riuscisse ad usare un 
sale insolubile ma che non necessitasse protoni (sparo a 
caso : un tetrafluoborato, che probabilmente non esiste 
manco), allora la pila nel complesso diventerebbe 
zerovariante rispetto alla composizione dell'elettrolita.
 
Negli elettrodi a gas, anche il controllo della composizione 
e pressione dei gas attivi può incidere sulla tensione.
 
Però non so contestualizzarti in modo esatto al caso 
specifico, dovresti dirmi cosa contengono le pile che ti 
interessano
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 ciascuna.
 
Ma se non ne sai un cazzo a cosa serve tutto il pippone che segue?
Ad alimentare il tuo EGO, ti piace sentirti dire:
"appero' questo soviet quante che ne sa":  del cazzo ne sa.
Coglione.

Il 16/09/2017 12:14, 
s.spi...@gmail.com
 ha scritto:
 

Ohm! Dato che V = R * I è plausibile che il motivo sia che le comuni 
batterie al litio da ~3.6V nominali (Li-ion LCO con Co o LMO con Mn) 
abbiano una resistenza interna (quella che si oppone al flusso di 
corrente dentro la batteria) più elevata delle batterie al nichel (NiCd 
e NiMH), come pare da questa tabella qualitativa:
 
http://batteryuniversity.com/learn/article/secondary_batteries
 
 
   Specifications          NiCd     NiMH     Li-Co     Li-Mn
   -------------------   --------  -------  --------  --------
   Internal resistance   Very Low    Low    Moderate    Low
   Cell voltage (nom.)    1.2V[6]  1.2V[6]   3.6V[7]   3.7V[7]
 
   [6] 1.25V is traditional; 1.20V is more common.
   [7] Manufacturers may rate voltage higher
       because of low internal resistance
 
Dati più quantitativi li troviamo qui:
 
http://www.elemania.altervista.org/basi/resistenze/res8.html
 
 
   Battery       Internal Resistance
   -----------   -------------------
   9-V lithium   16 Ohm to 18 Ohm
    AA NiMH       0.02 Ohm
     D NiCad      0.009 Ohm
 
E puoi farne tu stesso una verifica sperimentale come descritta qui:
 
http://www.instructables.com/id/How-to-measure-the-internal-resistance-of-a-batter/
 
 
Nota che se la tua batteria al litio ha l'anodo in coke invece che in 
grafite, sotto il 40% di carica la tensione erogata scende ancora più 
rapidamente, vedi Fig. 2 in:
 
http://batteryuniversity.com/learn/article/lithium_based_batteries
 
 
Poiché siamo in ISC e non in ISF, info più chimiche sulla composizione 
delle batterie al litio si trovano qui:
 
http://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion
 
 
Bye,
 
   *GB*


ma meno male che qualcuno ci capisce.
E non puttanate come quelle del soviet
che pur d'apparire non fa che dire stupidaggini.


Non è una questione di resistenza interna, tra l'altro le ultime High Drain e A123Systems hanno resistenza interna come le NICD se non meno
 
si parla di tensione a vuoto FEM che varia in funzione del livello di carica sulle Litio e sulle Piobo mentre No sulle NI-cd-mh

 FEM che varia in funzione del livello di carica sulle Litio e sulle Piobo mentre No sulle NI-cd-mh
 
non ti convince l'ipotesi della zerovarianza di certi tipi 
di elettrodi ? Secondo me è plausibile perché in vari 
contesti funziona, e i solidi puri hanno tutti attività 
unitaria per definizione.


 si parla di tensione a vuoto FEM che varia in funzione del livello di carica sulle Litio e sulle Piobo mentre No sulle NI-cd-mh
 
Se lo dici tu, sarà forse così... comunque io adesso leggo:
 
http://batteryuniversity.com/learn/article/confusion_with_voltages
 
 
Applying a charge or discharge places the battery into the closed 
circuit voltage (CCV) condition. Charging raises the voltage and 
discharging lowers it, simulating a rubber band effect. The voltage 
behavior under a load and charge is governed by the current flow and the 
internal battery resistance. A low resistance produces low fluctuation 
under load or charge; a high resistance causes the voltage to swing 
excessively. Charging and discharging agitates the battery; full voltage 
stabilization takes up to 24 hours. Temperature also plays a role; a 
cold temperature lowers the voltage and heat raises it.
 
E bada bene che non l'avevo letto prima di proporre la mia spiegazione. 
Se questa interpretazione non ti convince, io non ne so abbastanza per 
fare altre ipotesi. Potresti provare a riproporre il tuo quesito in 
it.scienza.fisica (moderato).
 
Bye,
 
   *GB*

      D NiCad      0.009 Ohm
 
la tabella proposta è priva di qualunque significato
 
le celle da 9V nominali sono fatte da più celle di piccola capacità in 
serie mentre per le altre la resistenza interna è funzione della 
capacità in quanto maggiore è la capacità e maggiore è la superficie 
di conduzione degli elettrodi e di conseguenza minore è la 
resistenza... in pratica celle (di simile tecnologia) ma di capacità 
maggiore equivalgono a tante celle di capacità minore in parallelo
 
la resistenza di più resistenze in parallelo è uguale
a 1/(1/R1+1/R2+...1/Rn), o a 1/(R*n) se si hanno n resistenze uguali,
mentre le resistenze in serie semplicemente si sommano
 
comunque nel caso delle batterie non si può ridurre tutto ad una 
semplice questione chimica dell'elettrolita
 
ci sono tanti fattori che concorrono al risultato finale
 
-- 
bye
!(!1|1)
 
 

 Coglione.
 
lo psicopatico di turno...
ci manca solo che proponi di mandarlo dalla Boldrini o di mandare la 
Boldrini da lui...
 
-- 
bye
!(!1|1)
 
 

 che pur d'apparire non fa che dire stupidaggini.
 
una proiezione psicologica?
 
-- 
bye
!(!1|1)

 di carica sulle Litio e sulle Piobo mentre No sulle NI-cd-mh
 
a me non risulta che la tensione non vari (basta leggere un po' di 
datasheet o misurare un po' di batterie), semmai la curva è meno 
lineare di quella delle batterie al litio (vedi anche in questo caso i 
datasheet)
 
ovviamente su una tensione nominale di 1.2/1.25V la questione è meno 
evidente rispetto ai 3.6/3.7V di una batteria a ioni di litio, ma se 
si prende, per esempio una Ni-MH da 9V nominali (quelle che ho io 
contengono 7 celle) si vede che la tensione varia gradualmente (con 
l'autoscarica nel corso di mesi) da quasi 10.5V a 8V e meno
 
ovviamente la tensione a vuoto è funzione della temperatura, della 
carica e del modello di batteria
 
con gli strumenti adatti si possono ricavare le curve caratteristiche 
della batteria in questione e programmare uno dei tanti moduli che si 
trovano su ebay per riportare lo stato di carica sul solito LCD 
alfanumerico
 
-- 
bye
!(!1|1)
 
 

 dato caratteristico del generatore stesso.
 
nei datasheet vengono proposti diverse curve tipiche (V f(t)) rispetto 
a carichi di C (corrente pari alla capacità della batteria per un 
ora), multipli di C e/o frazioni di C
 
la differenza tra tensione a vuoto e sotto carico può essere un altro 
sistema utile per stimare il livello di carica perché con la scarica 
spesso aumenta anche la resistenza interna della batteria
 
-- 
bye
!(!1|1)
 
 

 Boldrini da lui...
 
No, povero Mario. Quella donna è simpatica come una visita dal proctologo.
 
-- 
Saluti
VITRIOL

 semplice questione chimica dell'elettrolita
 
No, ma se nei tuoi data sheet riesci a trovare l'indicazione della 
resistenza interna (in genere la omettono per ragioni di marketing), 
vedrai che c'è una buona corrispondenza. Ad es. le ultime batterie al 
litio hanno una bassa resistenza interna ma hanno anche un più lento 
decremento di tensione al diminuire del livello di carica. Guarda per 
esempio il grafico di scarica delle batterie LiFePO4:
 
http://www.archimede-energia.com/it/component/content/category/80-tecnologie
 
 
"Come si nota dal grafico di scarica, le celle LiFePO4 sono 
caratterizzate da una tensione nominale di esercizio di 3,2 V. Questa 
tensione viene mantenuta con notevole costanza durante tutta la fase di 
scarica della cella, caratterizzando il comportamento della chimica per 
cui durante l’80% del ciclo di utilizzo mantiene una tensione 
praticamente costante."
 
Bye,
 
   *GB*


 
l'impedenza interna sicuramente concorre, ma non è l'unico fattore
 
-- 
bye
!(!1|1)
 

 l'impedenza interna sicuramente concorre, ma non è l'unico fattore
 
tanto più che l'impedenza interna varia in funzione della carica e che 
la variazione di tensione in funzione della carica dipende anche da 
come questa viene misurata (batteria scaricata a resistenza costante o 
a corrente costante, tensione sotto carico o misurata a intervalli di 
tempo in cui la batteria viene momentaneamente scollegata dal carico)
 
-- 
bye
!(!1|1)
 

 di atomi di litio nell'amalgama.
Lo so che sono passati 4 giorni, ma solo oggi mi riesce di scrivere...
Un giorno sì e l'altro pure scrivo che la chimica non la so, ma questa
è molto più termodinamica che chimica...
 
Il potenziale è strettamente legato all'energia libera (c'è di mezzo
solo un fattore pari alla carica) per cui io mi aspetto che la var.
del potenziale sia prop. al log del rapporto delle concentrazioni:
DV = (kT/ze) ln(c1/c2).
(Dovrei usare le attività al posto delle concentr., ma - questa sì che
è chimica - non ho idea di quando sia lecito confonderle e che errore
si fa.)
Facendo i conti a 300 K, per z=1, si vede che per avere una variazione
di 0.5 V occorre c1/c2 = 2.5x10^8.
Nessuno ha commentato la tua frase, il che mi farebbe sospettare di
aver sbagliato, ma :-)
 
 
-- 
Elio Fabri
 

 it.
E leggi una bella schifezza.
Il tizio confonde la variazione della f.e.m. tra batteria carica e
scarica con la variazione della d.d.p. agli eletrodi *durante* carica
o scarica.
Sembra non sapere che la f.e.m. va misurata a corrente nulla.
Idealmente con un contropotenziale (è per questo che il potenziometro,
inventato se ricordo bene da Poggendorf proprio a questo scopo, si
chiama così).
Naturalmente coi voltmetri moderni non ci sono problemi, vista
l'altissima resistenza interna.
 
Tanto che ci sono: anche a parlare di "res. interna" di una batteria
bisognerebbe andarci cauti.
Primo: le batterie sono oggetti *non lineari*: non è affatto detto che
soddisfino DV = R*DI
Secondo la d.d.p. agli elettrodi una batteria in scarica cambia non
solo perché la batteria si scarica, ma anche perché si *palarizza*,
ossia perché si formano gradienti di concentrazione degli elettroliti.
La verifica è immediata: se si sconnette il carico, la tensione risale
bruscamente (effetto della res. interna) ma poi continua a salire più
lentamente, mentre la diffusione elide i gradienti di concentrazione.
 
 
-- 
Elio Fabri
 

 aver sbagliato, ma :-)
 
non conosco sufficientemente bene lo status reale degli 
atomi intercalati per poter dire in che modo vari la loro 
energia in funzione della "concentrazione analitica 
apparente" (quella macroscopicamente misurabile a 
prescindere da ogni dettaglio interno).
Ho il sospetto che si spazi in regioni di conc. molto ampie 
tali da non poter garantire la sostanziale "non interazione" 
tra gli atomi intercalati, né la lontananza dalla 
"saturazione" del mezzo intercalante (che creerebbe qua e là 
sorta di transizioni di fase o quantomeno di clustering ... 
non lo affermo, lo ipotizzo in maniera debole, sulla base ad 
es. del crearsi degli ioni di Zintl in certe leghe 
particolari (come potassio o sodio in silicio, benché 
strutturalmente non siano affini al litio in grafite o altri 
materiali a strati).
 
Un'altra cosa su cui ho forti dubbi (eventualmente anche per 
altre ragioni diverse da quelle ipotizzate sopra) è che in 
un ampio range di concentrazioni dell'intercalato possano 
mantenersi i gamma (coefficienti di attività) abbastanza 
costanti.
LA capacità donatrice (intesa come carica totale trasferita) 
di un cluster metallico poliatomico normalmente è inferiore 
a quella della somma degli atomi singoli. Esistono anche 
cationi polimetallici (anche se quelli noti in soluzione 
sono a base di metalli piuttosto pesanti, tipo stagno e 
piombo ad es.). Ma qui non siamo in soluzione cmq : i 
requisiti dimensionali del sistema host contano
 
Certo nelle more di una vera soluzione diluita (e di non 
interazione tra le particelle del soluto) è sicuramente vero 
quel che dici. Non saprei però in che misura siano 
soddisfatte le condizioni iniziali.
 
Il fatto che a volte le celle al litio si cortocircuitino 
per la formazione di dendriti di litio metallico, imho 
suggerisce che la quantità di atomi stipati nell'anodo sia 
alta per poter assimilare lo scenario a una soluzione (o 
amalgama) diluita e a coefficienti di attività costanti.
Come metallo bulk, la capacità di cessione di elettroni 
scende ulteriormente rispetto alla somma dei contributi di 
atomi isolati. Dovrebbe quindi calmierarsi il potenziale 
entro certi limiti (o avere tratti variabili, tratti 
lentamente variabili, e soglie critiche varie)
 
La formazione di fasi metalliche vere e proprie anche più 
grandi di poche decine (o centinaia ?) di atomi, già fa si 
che la concentrazione attiva, dispersa, e la concentrazione 
analitica apparente (quella che però costituirebbe il grosso 
della scorta nel senso di carica accumulata), divergano 
inesorabilmente.
 
Non ricordo più che rapporto stechiometrico avesse 
l'intercalare grafite - potassio senza clusterizzazione del 
metallo (butto là un KC6 ma proprio a naso).
Nelle celle a litio reali, c'è molto più litio, diversamente 
non raggiungerebbero alte densità energetiche.
Circa invece altri mezzi (come il fosfato ferrico o altri 
come MnO2) non ho mai saputo praticamente niente.
 
Sostanzialmente, rispetto agli elettrodi composti di sali 
insolubili, che operano perennemente in regime di 
saturazione (e con una transizione di fase che congela la 
variabilità della composizione della soluzione satura), 
nell'intercalazione potrebbero esserci zone di conc. nelle 
quali non si è in saturazione, e zone critiche, separate 
magari da fasi diverse.
Sto speculando, sottolineo ancora ...


 si fa.)
 
Assolutamente no (che non è chimica)! resta sempre nell' ambito della 
termodinamica statistica. Attività = concentrazione (densità per sistemi 
a 1 componente) è valida nel limite di bassissimi accoppiamenti) ovvero 
nel limite "gas ideale" in una serie del viriale (o equivalente per le 
soluzioni).
 
Giorgio

 Giorgio
 
 
