miniatura|Bateria recarregable de polímer de liti per telèfon mòbil de Nokia. Una pila o bateria recarregable (també anomenada acumulador) és un grup d'una o més cel·les electroquímiques secundàries. Les piles i bateries recarregables usen reaccions electroquímiques que són elèctricament reversibles, és a dir: Quan la reacció transcorre en un sentit, s'esgoten els materials de la pila mentre es genera un corrent elèctric. Quan la reacció transcorre en sentit invers, és necessari un corrent elèctric per regenerar els elements consumits. Les bateries recarregables venen en diferents mides i fan servir diferents combinacions de productes químics. Les cel·les secundàries («bateria recarregable») utilitzades amb més freqüència són les de plom-àcid, la de níquel-cadmi (NiCd), la de níquel-metall hidrur (NiMH), la de ions de liti (Li-ió), i la de polímer d'ions de liti (polímer de Li -ió).
Les bateries recarregables poden oferir beneficis econòmics i ambientals en comparació amb les piles no recarregables. Alguns tipus de bateries recarregables estan disponibles en les mateixes mides que els models d'un sol ús. Encara que les piles recarregables tenen un major cost inicial, poden ser recarregades moltes vegades. La selecció adequada d'una bateria recarregable pot reduir els materials tòxics rebutjats en els abocadors, davant d'una sèrie equivalent de piles d'un sol ús. Per exemple, els fabricants de bateries o piles recarregables de NiMH proclamen una vida de servei de 100-1000 cicles de càrrega/descàrrega per a les seves bateries.
Usos i aplicacions miniatura|Electrònica de control de bateries d'ió de liti (protecció contra sobre-descàrrega) miniatura|Banc de bateries per a un sistema d'alimentació ininterrompuda en un centre de dades. Les bateries recarregables actualment s'utilitzen per a aplicacions com ara motors d'arrencada d'automòbils, dispositius portàtils de consum, vehicles lleugers (com cadires de rodes motoritzades, carros de golf, bicicletes elèctriques i carretons elevadors elèctrics), eines i sistemes d'alimentació ininterrompuda. Noves aplicacions com la seva ocupació per a vehicles elèctrics híbrids i vehicles elèctrics estan impulsant la tecnologia per reduir costos, reduir el pes i augmentar de la vida útil.David Linden, Thomas B. Reddy (ed). Handbook Of Batteries 3rd Edition. McGraw-Hill, New York, 2002 chapter 22
A diferència de les piles no recarregables (cel·les primàries), les bateries recarregables han de ser carregades abans del seu primer ús. La necessitat de carregar les piles recarregables abans del seu ús dissuadeix els possibles compradors que vulguin utilitzar les piles immediatament. No obstant això, les noves bateries de baixa auto descàrrega permeten als usuaris comprar una bateria recarregable que ja té prop del 70% de la seva capacitat nominal, permetent als consumidors utilitzar les bateries immediatament i regenerar (recarregar) més tard fins al 100% de la seva capacitat.
Aplicacions d'emmagatzematge d'energia en xarxa fan servir bateries recarregables industrials per a anivellament de càrrega, emmagatzemant l'energia elèctrica durant períodes de càrrega màxima per al seu posterior ús, i per aprofitament d'energies renovables, com ara l'emmagatzematge d'energia generada a partir de panells fotovoltaics durant el dia per a ser utilitzada durant la nit. En carregar les bateries durant els períodes de baixa demanda i tornar l'energia a la xarxa durant els períodes d'alta demanda elèctrica, l'anivellament de càrrega ajuda a eliminar la necessitat de costoses plantes d'energia en hores punta i ajuda a amortitzar el cost dels generadors durant les hores de més funcionament.
L'Associació Nacional de Fabricants Elèctrics dels Estats Units ha estimat que la demanda dels EUA per a piles recarregables està creixent dues vegades més ràpid que la demanda de les no-recarregables (d'un sol ús).Batteries Product Stewardship|Waste|EPA
Càrrega i descàrrega
Durant la càrrega, el material actiu de l'elèctrode positiu s'oxida, alliberant electrons, i el material de l'elèctrode negatiu és reduït, captant aquests electrons. Aquests electrons constitueixen el flux de corrent elèctric que travessa el circuit extern. L'electròlit pot servir com un simple mitjà de transport per al flux d'ions entre els elèctrodes, com en el cas de la bateria d'ió liti i la bateria de níquel-cadmi, o pot ser un participant actiu en la reacció electroquímica, com en la bateria de plom-àcid.
frame|Diagrama de la càrrega d'una bateria de cel secundàries miniatura|Carregador de bateries miniatura|Un carregador solar de bateries recarregables tipus AA L'energia utilitzada per carregar les bateries recarregables en la seva majoria prové de corrent altern de la xarxa elèctrica, utilitzant un adaptador (carregador). La majoria dels carregadors de bateries poden trigar diverses hores per carregar una bateria. La majoria de les bateries poden ser carregades en molt menys temps del que fan servir els carregadors de bateries més comuns i simples. Duracell i Rayovac ara venen carregadors que poden regenerar o recarregar bateries de NiMH mida AA i AAA en només 15 minuts; Energizer ven carregadors que poden recarregar bateries de mida C/D i bateries de NiMH de 9 V. No obstant això, les altes taxes de càrrega (per exemple, l'ús de carregadors de 15 minuts o carregadors d'1 hora) causaran dany a llarg termini en les bateries recarregables de NiMH i en la majoria de les altres.
Les bateries recarregables són susceptibles a danys a causa de recàrrega inversa (inversió dels pols) si estan completament descarregades. Hi ha carregadors de bateries totalment integrats que optimitzen el corrent de càrrega.
A més, l'intent de recarregar les piles o bateries no recarregables comporta una petita possibilitat de causar una explosió de la pila.
Les bateries de flux, que no són utilitzades habitualment pels consumidors, es recarreguen mitjançant la substitució del líquid electròlit.
En les especificacions tècniques dels fabricants de la bateria sovint es refereixen al paràmetre VPC. VPC significa volts per cel·la, i es refereix al voltatge de les cel·les individuals que conformen la bateria o cel·la secundària. Per exemple, per carregar una bateria de 12 V (amb 6 cel·les de 2 V cadascuna) a 2,3 VPC es necessita una tensió de 6*(2,3) V = 13,8 V a través dels terminals externs de la bateria.
La majoria de piles de NiMH tipus AA o AAA disposen de cel·les d'1,2 V. Tanmateix, això no és un problema en la majoria dels dispositius perquè les piles alcalines pateixen una caiguda de tensió quan s'esgota l'energia. La majoria dels dispositius estan dissenyats per seguir funcionant amb un voltatge reduït d'entre 0,9 i 1,1 V.
Recàrrega inversa (polaritat invertida) La recàrrega inversa danya les piles, i es produeix quan una bateria recarregable es recarrega amb la polaritat invertida. La recàrrega inversa es pot produir en una sèrie de circumstàncies, essent les tres més comunes les següents:
Quan la bateria està incorrectament inserida en el carregador, amb els pols al revés. Quan un carregador de bateries de tipus automoció està connectat a la inversa als terminals de la bateria. Això sol passar quan es carrega una bateria completament descarregada, en cas contrari es produiran espurnes. Quan les cel·les estan connectades en sèrie i molt descarregades.
Quan una cel·la es descarrega completament i no les altres, les cel·les no descarregades s'aplicaran un corrent invers a la cel·la descarregada. Això és comunament anomenat "inversió de la cel·la". La inversió de cel·la escurça significativament la vida de la cel·la afectada, per la qual cosa escurça la vida en general de la bateria. En algunes cel·les de tipus Ni-Cd presenten una efecte memòria.. Algunes cel·les de tipus Ni-Cd, si no es carreguen i descarreguen completament cada cert temps, poden perdre la seva capacitat de mantenir una càrrega completa, és a dir, presenten disminució de la capacitat. Reciclar una bateria multicel·la en descàrrega profunda per superar aquest efecte memòria pot causar reversió de cèl·les i fer més mal que bé. En aplicacions crítiques que utilitzen bateries de Ni-Cd, com en els avions, cada cel·la es descarrega individualment mitjançant la connexió d'un clip de càrrega en els terminals de cada cel·la, evitant així la inversió de cel·la per, a continuació, carregar les piles en sèrie.
Profunditat de descàrrega La profunditat de descàrrega s'estableix normalment com un percentatge de la capacitat nominal en amperes-hora, un 0% de profunditat de descàrrega vol dir que no hi ha descàrrega. Com que la capacitat utilitzable d'una bateria depèn de la velocitat de descàrrega i de la tensió admissible al final de la descàrrega, la profunditat de la descàrrega ha d'estar qualificada per mostrar de quina manera es va a mesurar. A causa de les variacions en la fabricació i l'envelliment de la bateria, la profunditat de descàrrega per a la descàrrega completa pot canviar amb el temps i els cicles de descàrrega. En general, un sistema de bateries recarregable va a tolerar més cicles de càrrega i descàrrega si la profunditat de descàrrega és més baixa en cada cicle.Reddy, Handbook of Batteries pag. 22-20
Components actius Els components actius d'un cel·la secundària són els productes químics que componen els materials actius dels elèctrodes positiu i negatiu, i l'electròlit. Els elèctrodes positiu i negatiu contenen diferents materials: en el positiu es presenten materials amb un potencial de reducció alt o positius, en el negatiu tindrem materials amb potencial d'oxidació baix o negatius. La diferència d'aquests potencials és el potencial estàndard de cel·la o força electromotriu (ε) o tensió de la pila.
En les cèl·lules primàries els elèctrodes positiu i negatiu són coneguts com a càtode i ànode, respectivament. Encara que aquest conveni es trasllada de vegades als sistemes recarregables - especialment les piles d'ions liti, a causa del seu origen en les cel de liti - aquesta pràctica pot portar a confusió. En les piles recarregables l'elèctrode positiu és el càtode en la descàrrega i l'ànode en la càrrega, i viceversa per l'elèctrode negatiu.
Taula de tecnologies usades en les bateries i piles recarregables Type Voltatge a Densitat d'energia b Potència c Eficiència d E/$ i Descarrega f Cicles g Vida mitjana h (V)(MJ/kg)(Wh/kg)(Wh/L)(W/kg)(%)(%/mes)(#)(anys) Plom i àcid02/010,11-0,1430-4060-7518070% -92%5-83% -4%500-80005/08 (bateria de cotxe), 20 (estacionària) Bat. segellades VRLA i 2.105 Alcalina01/050,31852505099,9%07/07<0,3100-1000<5 Ni-Ferro02/010,185010065%5-7.320% -40%50+ Ni-Cadmi02/010,14-0,2240-6050-15015070% -90%20%1500 Ni-H 2 01/057520.00015+ NiMH02/010,11-0,2930-80140-300250-100066%1.3720%1000 Ni-zinc01/070,22601709002-3.3100-500 ió Li03/060,58160270180099,9%2.8-5 http://www.werbos.com/E/WhoKilledElecPJW.htm (que enllaça amb http://www.thunder-sky.com/home_en.asp )5% -10%12002-3 polímers Li03/070,47-0,72130-2003003000+99,8%2.8-5.0500 # 10002-3 LiFePO 4 25/0380-12017014000.7-3.02000+ Li sofre2.00.94-1.44400 http://www.polyplus.com/inproperty/patents/pat6358643.PDF 350# 100 Li titanat02/03904000+87-95% r 0.5-1.09000+20+ Li pel·lícula prima?350959?? P 40000 ZnBr75-85 V redox1.15-1.5525-35Redox Battery80%20%14,00010 (estacionari) NAS15089% -92% Sal fosa70-110 http://www.betard.co.uk/new_zebra.pdf 150-2204.543000+8+ Plata-zinc (Ag-Zn)1.86130240
Notes
Per comoditat, les entrades a la taula anterior van haver de ser abreujades. Per a una descripció completa, vegeu l'article individual sobre cada tipus de pila o bateria. Els tipus de bateries per als que no hi ha cap article encara s'enumeren a continuació.
A Tensió nominal de la pila en V. miniatura|Gràfic de densitat d'energia per massa i volum per a diverses cel secundàries. B Densitat d'energia = energia/pes o energia/mida, donada en tres diferents unitats. C Potència específica = potència/pes en W/kg D % eficiència càrrega/descàrrega