{"id":34735,"date":"2026-03-02T10:11:26","date_gmt":"2026-03-02T04:41:26","guid":{"rendered":"http:\/\/microtexindia.com\/elettrochimica\/"},"modified":"2022-01-10T05:40:16","modified_gmt":"2022-01-10T00:10:16","slug":"elettrochimica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/elettrochimica\/","title":{"rendered":"Elettrochimica"},"content":{"rendered":"\t\t
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Definizione di elettrochimica<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Le fonti di energia elettrochimiche o le batterie sono studiate nell’ambito della materia interdisciplinare dell’elettrochimica che si occupa delle reazioni che avvengono all’interfaccia dei conduttori elettronici (materiali attivi) e dei conduttori ionici (elettrolita), della produzione di energia elettrica dalle cellule chimiche (o della conversione dell’energia chimica in energia elettrica) e della sua reazione inversa quando le cellule elettrolitiche sono impiegate per trasformazioni chimiche. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Fonti di energia elettrochimica (batterie)<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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I processi di conversione dell’energia nelle batterie si basano sulle reazioni di ossido-riduzione (reazioni redox). Le celle sono classificate in celle elettrolitiche e celle galvaniche. Esempi di celle elettrolitiche sono le celle utilizzate per l’estrazione di metalli come l’alluminio, il magnesio ecc. e le batterie quando vengono caricate. Le celle galvaniche o batterie sono in grado di fornirci corrente al contrario delle celle elettrolitiche, nelle quali dobbiamo far passare la corrente perch\u00e9 la reazione avvenga.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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L’ossidazione significa semplicemente la rimozione di elettroni\/elettroni (dagli anodi durante una reazione di scarica) e la riduzione \u00e8 il processo di aggiunta di questi elettroni all’altro elettrodo (catodo) attraverso un circuito esterno, un elettrolita ionicamente conduttore essendo il mezzo di trasferimento degli ioni all’interno della cella. Durante la scarica della cella, gli elettroni passano dall’anodo (piastra negativa) al catodo (piastra positiva) attraverso un circuito esterno e gli ioni scorrono all’interno della cella per convertire l’energia chimica in energia elettrica.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Esempi tipici per l’anodo sono:<\/p>\n

Li \u2192 Li+ + e-<\/sup> <\/p>\n

Pb \u2192 Pb2+ + 2e-<\/p>\n

Zn \u2192 Zn2+ + 2e-<\/p>\n<\/p>\n

Esempi di catodi sono:<\/p>\n

PbO2 \u21c4 Pb2+ +2e- (batteria al piombo)<\/p>\n

LiFePO4 (batteria al solfato di ferro)<\/p>\n

NiOOH + 2e- \u21c4 Ni(OH)2<\/sub> (batteria al Ni-cadmio)<\/p>\n

Cl2 + 2e \u21c4 2Cl- (batteria zinco-cloro)<\/p>\n

Br2 + 2e \u21c4 2Br- (batteria zinco-bromo)<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Celle primarie e secondarie - elettrochimica<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Una cella \u00e8 un’unit\u00e0 indipendente di un sistema galvanico. Quando pi\u00f9 di una cella \u00e8 collegata in serie o in parallelo, questa disposizione \u00e8 chiamata batteria. I componenti essenziali di una cella sono l’elettrodo positivo o piastra (catodo), l’elettrodo negativo o piastra (anodo), l’elettrolita e altri componenti inattivi come il contenitore, il separatore, piccole parti come sbarre, montanti, terminali, ecc.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Le celle galvaniche sono classificate in primarie e secondarie (o ricaricabili o ad accumulazione). Nel
\n celle primarie,<\/u>
\n<\/strong> le reazioni non possono essere invertite una volta che la scarica \u00e8 terminata a causa dell’esaurimento dei materiali attivi, mentre nella
\n celle secondarie<\/u>
\n<\/strong> i materiali attivi possono essere riportati allo stato precedente facendo passare la corrente nella cella in direzione opposta.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Esempi familiari delle celle primarie sono le celle usate negli orologi da polso, le torce elettriche e molti comandi come i telecomandi della TV e i telecomandi AC. L’onnipresente batteria al piombo-acido<\/a> usata per l’avviamento delle automobili e gli inverter\/UPS domestici e le celle<\/a> Ni-Cd, Ni-MH<\/a> e Li-ion<\/a> sono esempi di batterie secondarie. Le pile a combustibile differiscono dalle batterie (primarie) nel senso che i costituenti reattivi sono alimentati dall’esterno, contro la disponibilit\u00e0 degli stessi all’interno delle batterie.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Potenziali degli elettrodi (semicelle) e tensione di una cella ed entit\u00e0 indipendente dalla massa delle cellule galvaniche:<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Il potenziale (tensione) di un elettrodo \u00e8 una propriet\u00e0 elettrochimica fondamentale e il suo valore non dipende dalla quantit\u00e0 di materiale dell’elettrodo. Termodinamicamente \u00e8 una propriet\u00e0 intensiva contro la capacit\u00e0 (che \u00e8 una propriet\u00e0 estensiva) di un elettrodo che dipende dalla massa del materiale attivo che contiene.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La tensione di una cella \u00e8 la combinazione di due potenziali elettrodici o valori di tensione dell’anodo (elettrodo negativo o piastra) e del catodo (elettrodo positivo o piastra). I valori di potenziale degli elettrodi negativi sono sempre negativi (si trovano al di sotto di zero volt nella serie EMF, Vedere i libri di testo standard o manuali). Lo zero volt si riferisce al potenziale standard dell’elettrodo di idrogeno (SHE).<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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I materiali dell’elettrodo negativo sono invariabilmente metalli o leghe, con alcune eccezioni come il carbonio e l’idrogeno, che sono il materiale negativo attivo nelle celle Ni-MH e Ni-H2. I catodi hanno potenziali positivi e sono per lo pi\u00f9 ossidi, alogenuri, solfuri ecc., ad eccezione dell’ossigeno che agisce come materiale attivo catodico nelle celle metallo-aria. Ci dovrebbe essere un elettrolita per condurre gli ioni all’interno della cella.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La tensione \u00e8 la forza motrice della corrente. \u00c8 una combinazione (differenza algebrica) dei due valori dei potenziali positivo e negativo. La tensione pu\u00f2 essere paragonata all’altezza di un serbatoio d’acqua o al livello dell’acqua nel serbatoio e la corrente al diametro del tubo che esce dal serbatoio. Pi\u00f9 alto \u00e8 il livello dell’acqua nel serbatoio, pi\u00f9 velocemente l’acqua uscir\u00e0. Allo stesso modo, maggiore \u00e8 il diametro del tubo, maggiore sar\u00e0 il volume d’acqua che esce.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Come determinare la tensione di una cella? <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

La tensione della cella pu\u00f2 essere determinata dai valori del potenziale dei due elettrodi o pu\u00f2 essere calcolata usando l’equazione di Gibbs e le energie libere standard di Gibbs di formazione (\u0394
\n f<\/i>
\n<\/sub>G\u02da<\/i>). L’energia libera di Gibbs standard di formazione<\/strong> di un composto \u00e8 il cambiamento di energia libera di Gibbs che accompagna la formazione di 1 mole di una sostanza nel suo stato standard dai suoi elementi costitutivi nei loro stati standard (la forma pi\u00f9 stabile dell’elemento a 1 bar di pressione e alla temperatura specificata, di solito 298,15 K o 25 \u00b0C).<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Energia libera di Gibbs (G)<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

In termodinamica, l’energia libera di Gibbs<\/a> \u00e8 una misura del lavoro che pu\u00f2 essere estratto da un sistema e nel caso delle batterie, il lavoro \u00e8 fatto dalla liberazione di ioni in un elettrodo (anodo) seguita dal movimento verso l’altro (catodo). Il cambiamento di energia \u00e8 principalmente uguale al lavoro fatto, e nel caso della cella galvanica, il lavoro elettrico \u00e8 fatto attraverso il movimento degli ioni dovuto all’interazione chimica tra i reagenti per dare origine ai prodotti. Quindi, l’energia \u00e8 data in termini di \u0394G, la variazione dell’energia libera di Gibb<\/em>, che rappresenta la quantit\u00e0 massima di energia chimica che pu\u00f2 essere ottenuta durante i processi di conversione energetica.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Ogni volta che avviene una reazione, c’\u00e8 un cambiamento<\/strong> nell’energia libera del sistema:<\/p>\n

\u2206G <\/em>= – nFE\u00b0<\/p>\n

dove F <\/em>= costante nota come Faraday (96.485 C o 26,8 Ah)<\/p>\n

n <\/em>= numero di elettroni coinvolti nella reazione stechiometrica<\/p>\n

E\u00b0<\/em>= potenziale standard, V.<\/p>\n

I valori di \u2206G possono essere calcolati dagli altri tre valori, n, F ed E.<\/p>\n

La tensione di cella di una cella galvanica pu\u00f2 essere calcolata dall’espressione<\/p>\n

\u0394G\u00b0 = \u03a3\u0394G\u00b0
\n f prodotti<\/sub>
\n<\/em> – \u03a3\u0394G\u00b0
\n f reagenti<\/sub>
\n<\/em> <\/p>\n

Le energie libere molari standard di formazione possono essere ottenute dai libri di testo standard [Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, p.366].<\/p>\n

PbO2 + Pb + 2H2SO4 \u21c4 2PbSO4 + 2H2O<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

\u0394G\u00b0 = \u03a3\u0394G\u00b0
\n f prodotti<\/sub>
\n<\/em> – \u03a3\u0394G\u00b0
\n f reagenti<\/sub>
\n<\/em> <\/p>\n

\u2206G\u00ba = [2(-193<\/em>.<\/em>89) + 2(-56<\/em>.<\/em>69)] – <\/em>[(-52<\/em>.<\/em>34) + 0 – 2(<\/em>-177.<\/em>34)] <\/p>\n

= -94<\/em>,<\/em>14 kcal \/ mole<\/p>\n

= -94<\/em>.<\/em>14 kcal \/ mole \u00d7 <\/em>4.<\/em>184 kJ \/ mole<\/p>\n

= -393<\/em>,<\/em>88 kJ \/ mole<\/p>\n

E\u00ba <\/em>= -\u0394G\u00ba\/nF<\/em> <\/p>\n

= –<\/em>(-393<\/em>.<\/em>88 \u00d7 <\/em>1000) \/ <\/em>2 \u00d7 <\/em>96485<\/p>\n

= 2.<\/em>04 V<\/p>\n

L’aumento<\/strong> corrispondente dell’energia libera \u00e8 uguale al lavoro elettrico fatto sul sistema. Quindi,<\/p>\n

-\u0394G = nFE o \u0394G = -nFE e \u0394G\u00ba = -nFE\u00ba.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tensione della cella dai potenziali degli elettrodi<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

La combinazione dei due potenziali degli elettrodi dar\u00e0 la tensione della cella:<\/p>\n

Ecell =Ecatodo o elettrodo positivo<\/sub> – E anodo o elettrodo negativo<\/sub><\/p>\n

O cella <\/sub> E = EPP –ENP<\/sub><\/p>\n<\/p>\n

Secondo le convenzioni dell’Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC) del 1953 e del 1968, una cella galvanica \u00e8 scritta in modo tale che il l’elettrodo destro <\/em>(RHE) \u00e8 l’elettrodo positivo dove si verifica lariduzione <\/em>e il l’elettrodo di sinistra <\/em>\u00e8 l’elettrodo negativo, dove si verifica l’ossidazione <\/em>e gli elettroni scorrono da sinistra a destra [McNicol B.D; Rand, D.A.J in McNicol B.D; Rand, D.A.J (ed.) Power Sources for Electric Vehicles, Chapter 4, Elsevier, Amsterdam, 1984<\/em>]<\/strong>.<\/strong> Il RHE \u00e8 il catodo e il LHE \u00e8 l’anodo<\/p>\n<\/p>\n

Ecell =ERHE<\/sub> –ELHE <\/sub> <\/p>\n

I valori dei potenziali degli elettrodi possono essere ottenuti da libri di testo e manuali.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tensione di cella dai potenziali degli elettrodi per la cella al piombo-acido<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Ecell =Ecatodo o elettrodo positivo<\/sub> – E anodo o elettrodo negativo<\/sub><\/p>\n

LHE Pb\u00bdH2SO4\u00bdH2SO4\u00bdPbO2 RHE<\/p>\n

RHE \u00e8 il catodo E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em>= 1,69 V per Pb4+ + 2e \u21c4 Pb2+ e<\/p>\n

Anodo LHE E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em> = -0,358 V per Pb\u00ba – 2e _ Pb2+<\/p>\n

Ecell = 1,69 – (-0,358) = 2,048 V.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tensione di cella dai potenziali degli elettrodi per la cella Ni-Cd<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

RHE Cd|KOH|KOH|NiOOH LHE<\/p>\n

LHE E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em> = 0,49 per NiOOH +2e \u21c4Ni(OH)<\/p>\n

RHE E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em> = – 0,828 V per Cd \u21c4 Cd2+ +2e<\/p>\n

Ecell =0,<\/em>49 V – <\/em>(- <\/em>0,<\/em>828) = 1,<\/em>318 V<\/p>\n

La E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em> dell’elettrodo di nichel in condizioni standard \u00e8 0,49 V. E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em> dell’elettrodo MH dipende dalla pressione parziale dei materiali che formano l’idruro, secondo <\/p>\n

2MH \u21c4 2M + H2 \u2191<\/p>\n

La pressione parziale di idrogeno preferita dell’elettrodo MH \u00e8 dell’ordine di 0,01 bar, E\u00b0<\/em>
\n Rev <\/sub>
\n<\/em> varia generalmente tra -0,930 e -0,860 V. Quindi<\/p>\n

Ecell =0,<\/em>49 V – <\/em>(- <\/em>0,<\/em>89) = 1,<\/em>3 V.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tensione di cella dai potenziali degli elettrodi per la cella agli ioni di litio della LCO Chemistry<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

RHE C | LiPF6 in DMC +DEC +PC | LiCoO2 LHE<\/p>\n

RHE E\u00b0<\/em>
\n Rev<\/sub>
\n<\/em> = 0,1 V (contro il Li metallico) per LiC6 \u21c4 xLi+ + xe + C6<\/p>\n

LHE E\u00b0<\/em>
\n Rev<\/sub>
\n<\/em> = 3,8 V (vs Li metal) per Li1-xCoO2 + xe
\n Scarico \u2192 <\/sup>
\n<\/em>LiCoO2<\/p>\n

La reazione totale \u00e8 C6 +LiCoO2 \u21c4LixC6 + Li1-xCoO2 <\/p>\n

Ecell = 3,8 – (0,1) = 3,7 V.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tensione di cella dai potenziali degli elettrodi per la cella Li-ion della chimica LiFePO4<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

RHE C | LiPF6 o LiODFB in (EC+EMC+DEC) | LiFePO4 LHE<\/p>\n

RHE E\u00b0<\/em>
\n Rev<\/sub>
\n<\/em> = 0,1 V (contro il Li metallico) per LiC6 \u21c4 xLi+ + xe + C6<\/p>\n

LHE E\u00b0<\/em>
\n Rev<\/sub>
\n<\/em> = 3,5 V (vs Li metallico) per FePO4 + xe + xLi+ =
\n Scarico \u2192<\/sup>
\n<\/em> xLiFePO4 + (1-x) FePO4<\/p>\n

LIODFB = difluoro(ossalato)borato di litio<\/p>\n

La reazione totale LiFePO4 + 6C \u2192LiC6 + FePO4<\/p>\n

Ecell = 3,3 – (0,1) = 3,2 V<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Quantit\u00e0 dipendenti dalla massa delle celle galvaniche: Corrente, potenza ed energia<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La potenza \u00e8 data nell’unit\u00e0 di watt e il fattore tempo non \u00e8 coinvolto nella potenza.<\/p>\n

P = W = V*A<\/p>\n

L’energia si riferisce alla potenza spesa in un periodo di tempo e quindi l’unit\u00e0 comporta ore.<\/p>\n

Energia 1 W.Second = 1 Joule<\/p>\n

Energia = Wh = W*h = V*A*h = 3600 joule.<\/p>\n

1 kWh = 1000 Wh.<\/p>\n

La capacit\u00e0 \u00e8 la quantit\u00e0 di elettricit\u00e0 (Ah) che una batteria pu\u00f2 fornire.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Se due termini qualsiasi in Wh o in kWh sono dati, l’altro pu\u00f2 essere calcolato (Wh = VAh).<\/p>\n

850 Wh di una batteria da 12 V pu\u00f2 fornire 850 Wh\/12 V = 71 Ah. La durata in cui questi 71 Ah possono essere prelevati dipende non solo dalla corrente, ma anche dal tipo di chimica. Per esempio, una batteria Li-ion pu\u00f2 erogare 70 A per 1 ora. Ma la batteria al piombo, d’altra parte, pu\u00f2 resistere fino a 1 ora se la corrente di scarica \u00e8 di 35 A. Ma una batteria VRLA pu\u00f2 erogare 70A solo per poco meno di 40 minuti.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

La potenza fornita da una cella Li-ion a 70 A = 70 A*3,6 V= 252 W.<\/p>\n

Ma la potenza fornita da una cella al piombo a 70 A = 70 A* 1,9 V= 133 W.<\/p>\n

Si pu\u00f2 vedere che la cella agli ioni di litio pu\u00f2 fornire pi\u00f9 wattaggio su base per cella per la stessa corrente.<\/p>\n<\/p>\n

Allo stesso modo, l’energia fornita da una cella Li-ion a 70 A = 70 A*3,6 V *1h= 252 Wh.<\/p>\n

Ma l’energia fornita da una cella al piombo VR a 70 A = 70 A* 1,9 V * 0,66 h= 88 Wh.<\/p>\n

Possiamo vedere che la cella agli ioni di litio pu\u00f2 fornire pi\u00f9 energia per cella per la stessa corrente<\/p><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Lacapacit\u00e0 specifica<\/strong> \u00e8 Ah per unit\u00e0 di peso (Ah\/kg o mAh\/g).<\/p>\n

L’energia specifica<\/strong> \u00e8 il Wh per unit\u00e0 di peso (Wh\/kg).<\/p>\n

Ladensit\u00e0 di energia<\/strong> \u00e8 il Wh per unit\u00e0 di volume (Wh\/litro).<\/p>\n

<\/em><\/strong><\/p>\n

Nota:<\/em><\/strong><\/p>\n

Il termine densit\u00e0 energetica gravimetrica<\/u> \u00e8 stato sostituito da energia specifica<\/u> e la densit\u00e0 energetica volumetrica da densit\u00e0 energetica<\/u><\/em><\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t

Elettrochimica - Capacit\u00e0 specifica teorica ed energia specifica teorica dei materiali attivi dell'elettrodo<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

L’unit\u00e0 dell’elettricit\u00e0 \u00e8 il coulomb, cio\u00e8 1 ampere al secondo (A.s). La costante di Faraday (F)<\/strong> si riferisce alla quantit\u00e0 di carica trasportata da 1 mole di elettroni. Poich\u00e9 1 elettrone ha una carica di 1,602 x 10-19 coulombs (C), una mole di elettroni dovrebbe avere una carica di 96485 C\/mole.<\/p>\n

1 F = 1(6.02214 *1023) * (1.60218*10-19 C) = 96485 C (cio\u00e8 96485 C\/mole).<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

6,02214 *1023 \u00e8 il numero di Avogadro (costante di Avogadro), <\/strong>che \u00e8 definito come il numero di atomi, moli o ioni in una mole di quella sostanza. \u00c8 utile per mettere in relazione la massa di una sostanza con il numero di particelle nella sostanza. Cos\u00ec, 0,2 moli di qualsiasi sostanza conterranno 0,2 * numero di particelle di Avogadro. La carica di un elettrone basata su esperimenti moderni \u00e8 di 1,60217653 x 10-19 coulomb per elettrone. Se si divide la carica di una mole di elettroni per la carica di un singolo elettrone si ottiene un valore del numero di Avogadro di 6,02214154 x 1023 particelle per mole[https:\/\/www.scientificamerican.com\/article\/how-was-avogadros-number\/<\/a>].<\/p>\n<\/p>\n

1 F 96485 C\/mole = 96485 A.s\/60*60 s = 26.8014 Ah\/mole<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica ed energia specifica per la cella al piombo-acido <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Il peso molecolare o il peso atomico in grammi diviso per il numero di elettroni che partecipano alla reazione d\u00e0 il grammo equivalente <\/em>del rispettivo materiale. Un grammo equivalente fornir\u00e0 96.485 coulomb (la maggior parte degli autori arrotonda a 96.500 C) che \u00e8 uguale a 26,8014 Ah.<\/p>\n

207,2 g di piombo metallico possono essere equiparati a 2F di elettricit\u00e0 = 2\u00d7 26,<\/em>8014 Ah = 53,603 Ah. (Reazione: Pb \u2192Pb2+ + 2e-).<\/p>\n

Quindi la quantit\u00e0 di materiale attivo negativo (NAM) in una cella al piombo necessaria per 1 Ah (che \u00e8 nota come
\n capacit\u00e0-densit\u00e0<\/em>
\n<\/strong>) <\/strong>= 207,2 \/ <\/em>53,<\/em>603 = 3,866 g \/Ah[Bode, Hans, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, p.292<\/em>.].<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Il reciproco della densit\u00e0 di capacit\u00e0 \u00e8 chiamato la <\/strong>
\n capacit\u00e0 specifica<\/em>
\n<\/strong> <\/em><\/strong><\/p>\n

Capacit\u00e0 specifica<\/em><\/strong> = nF \/ Peso molecolare o peso atomico. (n= Numero di elettroni che partecipano alla reazione).<\/em><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t

La capacit\u00e0 specifica del materiale attivo negativo <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

La capacit\u00e0 specifica del materiale negativo attivo<\/strong> (NAM), Pb = 56,3\/207,2 = 0,259 mAh \/g = 259 Ah\/kg. Questo valore moltiplicato per il potenziale di equilibrio della cella \u00e8 Teorico<\/strong>
\n Energia specifica<\/u>
\n<\/strong>. Energia specifica teorica del<\/strong> piombo NAM<\/strong> = 259*2,04 V = 528,36 Wh\/kg<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t

La capacit\u00e0 specifica del materiale attivo positivo (PAM)<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Allo stesso modo, la quantit\u00e0 di materiale attivo positivo in una cella al piombo necessaria per 1 Ah (che \u00e8 nota come
\n densit\u00e0 di capacit\u00e0<\/em>
\n<\/strong>) <\/strong>= 239,2 \/ <\/em>53,<\/em>603 = 4,46 g \/Ah.<\/p>\n

La capacit\u00e0 specifica del materiale attivo positivo (PAM), PbO2 = 56,3\/239 = 0,224 mAh \/g = 224 Ah\/kg. Energia specifica teorica del<\/strong> biossido di piombo PAM<\/strong> = 224*2,04 V = 456,96 Wh\/kg.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t

Cella agli ioni di litio<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica ed energia specifica per l'anodo di carbonio delle celle Li-ion<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica <\/strong>di LiC6 = xF\/n*Peso molecolare<\/p>\n

= 1 * 26,8\/ 1*72 mAh\/g (stechiometricamente sono necessari 72 g di C per 1<\/p>\n

mole di accumulo di Li per formare LiC6. <\/sub>Poich\u00e9 il Li \u00e8 disponibile dal catodo LCO, la sua massa non \u00e8 presa in considerazione nella massa totale dell’anodo. Solo il carbonio \u00e8 preso in considerazione. X = 1; intercalazione del 100% di Li+)<\/p>\n

= 0,372 Ah\/g<\/p>\n

= 372 mAh\/g = 372 Ah\/kg<\/strong><\/p>\n

Energia specifica<\/strong> LiC6 = 372*3,7 V<\/p>\n

= 1376 Wh\/kg<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica ed energia specifica per LiCoO2 (LCO)<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica LiCoO2<\/p>\n

= 0,5 Li+ + 0,5 e + Li0,5<\/sub> CoO2 (x= 0,5, 50 % intercalazione di Li+)<\/p>\n

= xF\/n*Mol Wt<\/p>\n

=0,5*26,8\/ 1 * 98 Li= 6,94 Co = 58,93 2 O= 32<\/p>\n

<\/sub> = 13,4 \/ 98 Ah\/g = 0,1368 Ah\/kg<\/p>\n

= 137 mAh\/g = 137 Ah\/kg.<\/strong><\/p>\n

Energia specifica di LiCoO2 = 137*3,7 V = 507 Wh\/kg<\/strong> (x= 0,5, 50 % di intercalazione di Li+)<\/p>\n

Se il valore x \u00e8 preso come 1<\/strong>, la capacit\u00e0 specifica sar\u00e0 raddoppiata, 137*2= 274 mAh\/g = 274 Ah\/kg<\/strong><\/p>\n

Energia specifica<\/strong> di <\/strong>
\n LiCoO2<\/u>
\n<\/strong> <\/strong>= 274 *3,7 V (x= 1. Intercalazione completa (100%) di Li+)<\/p>\n

= 1013 Wh\/kg<\/strong> <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica ed energia specifica per LiFePO4 <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Capacit\u00e0 specifica di LiFePO4 <\/p>\n

= xF\/n*Mol Wt<\/p>\n

= 26,8\/157,75 = 169,9 mAh\/g = 170 mAh\/g = 170 Ah\/kg<\/strong><\/p>\n

Energia specifica di LiFePO4 = 170*3,2 V = 544 Wh\/kg<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Elettrochimica - Energia specifica teorica di una cella <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

La massima energia specifica derivabile da una fonte di energia elettrochimica \u00e8 data da:<\/p>\n

Energia specifica teorica = 26,<\/em>8015\u00d7 (
\n nE\/<\/u>
\n<\/em>\u03a3moli<\/em>) Wh\/kg dove n <\/em>ed E <\/em>hanno le loro notazioni usuali; n<\/em>, il numero di elettroni che partecipano alla reazione ed E<\/em>, la tensione della cella.<\/p>\n

Nota<\/p>\n

    \n
  1. Smoles<\/sub> si riferisce alla somma di tutti i reagenti e non ci si deve preoccupare dei prodotti<\/li>\n
  2. Poich\u00e9 l’unit\u00e0 \u00e8 data in Wh \/ kg (scritto anche come Wh kg -1<\/sup>), il peso totale deve essere dato in unit\u00e0 di kg.<\/li>\n<\/ol>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    L'energia specifica della cella al piombo-acido<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    Un esempio familiare sar\u00e0 preso per il calcolo dell’energia specifica teorica.<\/p>\n

    Prima dobbiamo scrivere la reazione e calcolare i valori molari dei reagenti. Non dobbiamo preoccuparci dei prodotti. Per la batteria al piombo, la reazione \u00e8:<\/p>\n

    PbO2 + Pb + 2H2SO4 \u21c4 2PbSO4 + 2H2O E\u00ba = 2,04 V.<\/p>\n

    \u03a3moli<\/sub> = 239 +207+ 2*98 in g<\/p>\n

    <\/em>= 0,642 kg<\/p>\n

    Energia specifica teorica <\/em>= 26,<\/em>8\u00d7(nE\/\u03a3mole<\/u><\/em> ) Wh\/kg <\/p>\n

    = 26,8*(2*2,04\/0,642) Wh\/kg<\/p>\n

    = 26,8015*(6,3551) Wh\/kg<\/p>\n

    = 170,3 Wh\/kg.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    Secondo Tobias Placke[J Solid State Electrochem (2017) 21:1939-1964<\/em>], l’energia specifica pu\u00f2 anche essere calcolata come segue per la cella al piombo-acido:<\/p>\n

    Energia specifica di una cella = <\/p>\n

    \"Specific <\/p>\n

    =1[1\/(224*2.04) + 1\/(259*2.04) + 1\/(273*2.04)]<\/p>\n

    = 1[(1\/457) + (1\/528) + (1\/557)]<\/p>\n

    = 1\/(0.002188 + 0.001893 + 0.001796)<\/p>\n

    = 1\/0.005877<\/p>\n

    = 170 Wh\/kg<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    L'energia specifica della cella Ni-Cd<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    2NiOOH + Cd \u21c4 2Ni(OH)2<\/sub> + Cd(OH)2<\/sub> E\u00ba = 1,33 V<\/p>\n

    Energia specifica teorica <\/em>= 26,<\/em>8\u00d7(nE\/\u03a3mole<\/u> <\/em> ) Wh\/kg <\/p>\n

    = 26,8*(2*1,33\/0,296) Wh\/kg<\/p>\n

    = 26,8015*(8,9865) Wh\/kg<\/p>\n

    = 240,8 Wh\/kg<\/strong><\/p>\n

    L’elettrolita acquoso KOH in queste celle alcaline non partecipa alla reazione della cella e<\/p>\n

    quindi non \u00e8 stato preso in considerazione nel calcolo dei valori di energia specifica. Ma, alcuni autori<\/p>\n

    vorrebbe includere il peso dell’acqua nel calcolo.<\/p>\n

    Allora la cifra dell’energia specifica scenderebbe a 214,8 Wh\/kg se si sostituiscono le \u03a3mole con<\/p>\n

    0.332. Il risultato sar\u00e0 214<\/strong>,<\/strong>8<\/strong> Wh\/ kg.<\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    L'energia specifica della cella LiFePO4<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    (x=1. 100 % di intercalazione)<\/p>\n

    = 26,<\/em>8015\u00d7(nE\/\u03a3moli<\/u> <\/em> ) Wh\/kg <\/p>\n

    = 26,8 [(1*3,2)\/(72+157,75) LiFePO4 + 6C + zero Li<\/p>\n

    = 26.8[(1*3.2)\/(229.75)] = 26.8*0.013928<\/p>\n

    = 0,37329 Wh\/g<\/p>\n

    = 373 Wh\/kg<\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    L'energia specifica della cella LCO <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    (x=1; 100% di intercalazione)<\/p>\n

    = 26,<\/em>8015\u00d7 Wh\/kg 169,87<\/p>\n

    = 26,8 [(1*3,7)\/(72+97,87)] LiCoO2 + 6C + zero Li<\/p>\n

    = 26.8 *[(3.7)\/(169.87)] <\/p>\n

    = 26.8 *0.02178<\/p>\n

    = 0,58377 Wh\/g<\/p>\n

    = 584 Wh\/kg<\/strong><\/p>\n

    Se x = 0,5<\/strong> (50 % di intercalazione di ioni Li), dobbiamo sostituire 26,8 con la met\u00e0 di questo valore, cio\u00e8 13,4. Il risultato sarebbe 584\/2 = 292 Wh\/kg<\/strong>.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    Energia specifica pratica (effettiva) di una cella\/batteria <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    https:\/\/pushevs.com\/2015\/11\/04\/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n\/<\/a> <\/p>\n

    Energia specifica in tempo reale di una batteria = (Tensione media * Ah) \/ (Massa della batteria)<\/p>\n

    = (3,7 V*50 Ah1) \/ 1,7 kg (Yuasa LEV50 a cella singola)<\/p>\n

    = 185 \/1.7<\/p>\n

    = 108,8 Wh\/kg<\/strong><\/p>\n

    = (14,8*50)\/ 7,5 (batteria Yuasa LEV50-4)<\/p>\n

    = 98,7 Wh\/kg<\/strong><\/p>\n

    Densit\u00e0 di energia in tempo reale di una batteria = Wh\/Volume = 17,1*4,4*11,5 = 865 cc<\/p>\n

    = 185\/0,865 = 214 Wh\/litro<\/strong><\/p>\n

    = Wh\/Volume = 17,5*19,4*11,6 = 3938 cc = 3,94 litri<\/p>\n

    = 14,8*50 \/ 3,94 = 187 Wh \/ litro<\/strong><\/p>\n

    C’\u00e8 circa il 10% di riduzione dell’energia specifica quando la conversione avviene da cella a batteria (Low kWh) e circa il 13% di riduzione della densit\u00e0 energetica quando la conversione avviene da cella a batteria (Low kWh)<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Definizione di elettrochimica Le fonti di energia elettrochimiche o le batterie sono studiate nell’ambito della materia interdisciplinare dell’elettrochimica che si occupa delle reazioni che avvengono all’interfaccia dei conduttori elettronici (materiali attivi) e dei conduttori ionici (elettrolita), della produzione di energia elettrica dalle cellule chimiche (o della conversione dell’energia chimica in energia elettrica) e della sua […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":25216,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[383],"tags":[],"class_list":["post-34735","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-chimiche"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34735","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=34735"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34735\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media\/25216"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=34735"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=34735"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=34735"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}