Ioni di litio VS. Batterie al piombo acido | Guida al confronto

Con lo sviluppo della tecnologia, la gamma di opzioni disponibili per le batterie si sta ampliando. Batterie al piombo, batterie agli ioni di litioe più recentemente batterie agli ioni di sodio. Quali sono i fattori da considerare quando si sceglie un tipo di batteria? Per aiutarvi a prendere una decisione più accurata, oggi vogliamo fornirvi una guida al confronto tra batterie al piombo e batterie agli ioni di litio.

Differenza tra batteria agli ioni di litio e al piombo

Sebbene le batterie agli ioni di litio e le batterie al piombo siano entrambe ricaricabili, sapete quali altre differenze esistono tra loro?

- I materiali utilizzati 

Le batterie agli ioni di litio e le batterie al piombo sono entrambe costituite da un elettrodo positivo, un elettrodo negativo e un elettrolita. L'elettrodo positivo nelle batterie agli ioni di litio è solitamente un ossido di metallo, mentre l'elettrodo negativo è tipicamente grafite. Per le batterie piombo-acido, l'elettrodo positivo è generalmente costituito da biossido di piombo, l'elettrodo negativo da piombo spugnoso e l'elettrolita è generalmente acido solforico diluito.

- Principio di lavoro

I principi di funzionamento di entrambi i tipi di batterie prevedono il movimento di ioni. Durante la carica, gli ioni si spostano dall'elettrodo positivo a quello negativo. Durante la scarica, gli ioni si spostano dall'elettrodo negativo a quello positivo.

- Tipo di batteria

In base ai diversi ossidi metallici utilizzati, le batterie agli ioni di litio si dividono in batterie al litio ferro fosfatobatterie ai polimeri di litio, batterie all'ossido di litio e cobalto, batterie al manganato di litio e batterie all'ossido di nichel manganese e cobalto.

Le batterie al piombo si dividono generalmente in batterie di tipo aperto e batterie con regolazione a valvola.

- Densità di energia

La densità di energia si riferisce alla capacità di una batteria di immagazzinare energia, classificata in due forme: densità di energia gravimetrica e densità di energia volumetrica.

Come forse sapete, le batterie agli ioni di litio immagazzinano più energia. Perché hanno una densità energetica maggiore, in genere dell'ordine di 150-250 Wh/kg. La densità energetica delle batterie al piombo-acido, invece, si aggira generalmente intorno ai 30-40 Wh/kg.

- Ciclo di vita

La durata del ciclo si riferisce alla durata di vita di una batteria. Maggiore è il numero di cicli di carica e scarica che può compiere, maggiore è la sua durata. Le batterie al piombo possono essere sottoposte a 300-500 cicli di carica e scarica, mentre le batterie agli ioni di litio possono avere da 5000 a 8000 cicli. Forse avete già un'idea generale di queste cifre.

Naturalmente, la durata del ciclo è anche legata alla profondità di carica e scarica, alla temperatura di esercizio, alla velocità di carica, alla manutenzione e alla qualità della batteria stessa.

- Profondità di scarico (DOD)

La profondità di scarica (DOD) si riferisce alla misura in cui una batteria può essere scaricata dalla sua piena capacità senza causare danni alla batteria stessa. Se è possibile utilizzare tutta l'energia immagazzinata nella batteria, il DOD è 100%. Se è possibile utilizzare solo metà dell'energia immagazzinata, il DOD è di 50%.

Le batterie al litio possono sopportare un DOD di 80%-100%, ma le batterie al piombo-acido mantengono una durata maggiore con un DOD inferiore a 50%.

- Efficienza

L'efficienza, come il DOD, è un parametro importante per valutare la qualità delle batterie. Un'alta efficienza significa un tasso di utilizzo dell'energia più elevato.

Le batterie agli ioni di litio presentano una bassa resistenza interna e una minore perdita di energia, con un'efficienza tipica di carica-scarica di circa 90%.

Le batterie al piombo hanno una maggiore resistenza interna e generano elettricità attraverso reazioni chimiche. Durante questo processo, una parte dell'energia viene convertita in calore, con un'efficienza di carica-scarica di circa 70%. Una minore efficienza di carica-scarica significa che è necessaria più energia per compensare la perdita, con conseguente aumento dei costi.

- Temperatura di esercizio

I loro intervalli di temperatura operativa sono abbastanza simili: entrambi possono funzionare normalmente da -20°C a 50°C. Tuttavia, le loro prestazioni diminuiscono in presenza di temperature estreme. Le batterie agli ioni di litio possono subire danni dovuti al surriscaldamento ad alte temperature. Le batterie al piombo-acido che lavorano ad alte temperature possono subire un invecchiamento accelerato a causa dell'eccessiva evaporazione dell'acqua.

- Tasso di autoscarica

Il tasso di autoscarica si riferisce alla velocità con cui una batteria perde naturalmente la carica quando non viene utilizzata. Le batterie agli ioni di litio hanno un tasso di autoscarica relativamente basso, da 1% a 2% al mese. Le batterie al piombo-acido, invece, hanno un tasso di autoscarica più elevato, con una media di 3%-4% al mese, o anche superiore. Pertanto, è consigliabile caricare regolarmente le batterie al piombo-acido.

- Sicurezza

Le batterie agli ioni di litio sono sensibili alle alte temperature e sono soggette a reazioni di fuga termica dovute al surriscaldamento, che possono provocare incendi o esplosioni. Pertanto, le batterie agli ioni di litio devono utilizzare un sistema di gestione della batteria per ridurre il più possibile il rischio di sovraccarico, scaricamento profondo, surriscaldamento e altre condizioni avverse.

Sebbene le batterie al piombo abbiano meno probabilità di andare incontro a un runaway termico, possono produrre gas di idrogeno e ossigeno quando vengono sovraccaricate, creando una miscela esplosiva. Inoltre, se la batteria è danneggiata, può causare perdite di acido solforico e contaminazione ambientale.

- Peso e dimensioni

Quando si sceglie una fonte di alimentazione per un dispositivo, è necessario considerare il peso e le dimensioni della batteria. Il peso e le dimensioni delle batterie ricaricabili sono spesso correlati alla loro densità energetica.

Le batterie agli ioni di litio hanno una maggiore densità energetica, il che significa che possono immagazzinare più energia a parità di peso o volume. In altre parole, le batterie al litio sono più leggere e compatte rispetto alle batterie al piombo-acido e sono quindi più adatte alle applicazioni che richiedono portabilità e design compatto. Le batterie al piombo sono più adatte a situazioni in cui le restrizioni di peso e volume non sono così stringenti.

- Costo 

Per quanto riguarda la questione dei costi, possiamo analizzarli sia dal punto di vista dei costi di approvvigionamento che dei costi operativi a lungo termine.

È possibile avere una visione generale dei costi di approvvigionamento di entrambi. Le batterie al piombo hanno un processo produttivo molto maturo e le materie prime sono poco costose. Pertanto, il prezzo di acquisto iniziale delle batterie al piombo è molto più basso di quello delle batterie agli ioni di litio.

Tuttavia, se si considera l'uso a lungo termine della batteria, un prezzo di acquisto inferiore non significa necessariamente costi di utilizzo inferiori. Le batterie agli ioni di litio hanno una densità energetica più elevata e una durata di vita più lunga, con un DOD che può raggiungere i 100%. Grazie al basso tasso di autoscarica, anche la perdita mensile di energia è bassa. Inoltre, le batterie agli ioni di litio non richiedono praticamente alcuna manutenzione nell'uso quotidiano, con un notevole risparmio di tempo.

Tenendo conto di tutto, le batterie agli ioni di litio offrono in realtà un maggiore rapporto costo-efficacia. Naturalmente, questo aspetto deve essere considerato alla luce delle vostre esigenze specifiche.

- Aree di applicazione

Le batterie al piombo e le batterie agli ioni di litio hanno ciascuna le proprie caratteristiche e sono ampiamente utilizzate in scenari diversi. Quando lo spazio a disposizione per le apparecchiature è limitato e la durata delle batterie è maggiore, si tende a scegliere le batterie agli ioni di litio, che hanno una densità energetica maggiore e sono più leggere. Ad esempio, i dispositivi elettronici portatili, i veicoli elettrici, i centri dati e le applicazioni di apparecchiature mediche. Grazie alle loro eccellenti prestazioni di scarica e al loro basso costo, le batterie al piombo sono comunemente utilizzate come fonti di alimentazione per l'avviamento dei veicoli e per la trazione elettrica.

- Installazione

Devono essere installate in un'area ben ventilata, evitando le alte temperature e la luce solare diretta. È necessario prestare attenzione al fatto che quando si installano batterie al piombo di tipo aperto, bisogna prestare attenzione all'orientamento per evitare perdite di elettrolito.

- Tempo di ricarica

Rispetto alle batterie al piombo, le batterie al litio hanno un'efficienza di carica superiore, in genere compresa tra 80% e 90%. In genere, se una batteria al litio impiega 4 ore per caricarsi completamente, una batteria al piombo può richiedere 8 ore o anche di più.

- Manutenzione

Le batterie al litio non soffrono dell'effetto memoria, eliminando la necessità di essere caricate e scaricate regolarmente, né ci si deve preoccupare dell'evaporazione dell'elettrolita. 

Tuttavia, le batterie al piombo-acido sono diverse. Richiedono scariche profonde regolari e cariche periodiche se non vengono utilizzate per un periodo prolungato. Inoltre, per le batterie al piombo-acido ventilate, è necessario controllare regolarmente il livello dell'acqua e rifornirle di acqua distillata in tempo utile. Per mantenere buoni i collegamenti, è anche importante pulire regolarmente i terminali e i connettori.

Entrambi i tipi di batterie non devono essere sovraccaricati. Quando le si conserva, bisogna anche prestare attenzione a tenerle in un ambiente con una temperatura adeguata e una buona ventilazione.

- Impatto ambientale

Il contenuto di litio nella crosta terrestre è di soli 0,0065% e un'estrazione eccessiva può avere effetti negativi sull'ambiente. Inoltre, il tasso di riciclaggio delle batterie al litio è relativamente basso e lo smaltimento improprio può portare alla contaminazione dell'ambiente.

La tecnologia delle batterie al piombo è ormai consolidata e consente di ridurre il consumo di energia. Tuttavia, durante la produzione e l'utilizzo, possono emettere gas nocivi che possono contaminare l'acqua e il suolo. Fortunatamente, le batterie al piombo hanno un tasso di riciclaggio più elevato, ma occorre comunque prestare attenzione per evitare perdite di piombo e acido solforico, che aggraverebbero l'inquinamento ambientale.

- Confronto tra applicazioni

Batteria al piombo contro batteria agli ioni di litio per motocicli

Sappiamo che le batterie al litio hanno una densità energetica relativamente elevata e offrono una grande potenza di uscita. Pertanto, possono fornire una forte corrente di avviamento ai veicoli con un volume ridotto. Anche le batterie al piombo possono fornire le stesse prestazioni di avviamento, ma a causa della loro minore densità energetica, per ottenere questo risultato è necessario un numero maggiore o un volume maggiore di batterie.

Lo spazio a disposizione su una moto è limitato e una batteria troppo pesante può compromettere l'equilibrio del veicolo. Pertanto, è necessario valutare attentamente le proprie esigenze sotto molteplici aspetti, tra cui i costi di acquisto, la durata, i tempi di ricarica, i requisiti di manutenzione e l'impatto ambientale.

Batteria per auto al piombo e agli ioni di litio

Se siete proprietari di un veicolo elettrico, preferireste scegliere una batteria con una maggiore durata e un tempo di ricarica più breve? Questo può essere molto vantaggioso per i veicoli con un'elevata frequenza di utilizzo. Non dovendo ricaricare frequentemente l'auto, non solo si riduce il tempo di attesa per la ricarica completa della batteria, ma non si ritarda nemmeno il viaggio quotidiano. Dal confronto appena descritto, possiamo notare che le caratteristiche delle batterie al litio sono più adatte a soddisfare queste esigenze.

Batteria agli ioni di litio contro batteria al piombo per carrelli elevatori

I carrelli elevatori hanno requisiti specifici per quanto riguarda il peso e il volume delle batterie, perché devono garantire l'efficienza della movimentazione e l'operatività. Come per i motocicli, le batterie dei carrelli elevatori devono essere compatte e leggere, ma allo stesso tempo in grado di fornire una potenza di uscita sufficiente. Il tempo di ricarica delle batterie deve essere il più breve possibile per garantire che il carrello elevatore possa tornare al lavoro rapidamente. Sebbene queste specifiche favoriscano chiaramente le batterie agli ioni di litio, dobbiamo considerare anche fattori quali il costo, i requisiti di manutenzione, l'impatto ambientale e le prestazioni di sicurezza.

Batterie del carrello di golf dello ione di litio del piombo Vs.

I carrelli da golf hanno uno spazio limitato e richiedono partenze frequenti, la capacità di scalare le colline e una lunga durata della batteria per garantire un'esperienza soddisfacente all'utente. Ciò significa che non ci sono solo restrizioni sul peso e sul volume della batteria, ma anche requisiti per la corrente di avviamento, la potenza di uscita, la densità energetica e il tempo di ricarica. Rispetto alle batterie al piombo, quelle al litio hanno caratteristiche superiori. Tuttavia, quando si arriva al dunque, le vostre reali esigenze devono essere il punto di partenza per la vostra decisione.

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FAQ

Qual è la batteria al piombo migliore o la batteria al litio?

Se consideriamo le sole prestazioni della batteria, le batterie al litio sono effettivamente migliori. Questo perché hanno una maggiore densità di energia, una durata di vita più lunga, un tasso di autoscaricamento più basso e migliori caratteristiche di sicurezza, che possono offrire una migliore esperienza d'uso durante l'utilizzo.

Tuttavia, se partiamo dalle applicazioni pratiche, ciò che dovete considerare sono i vostri requisiti attuali. Ad esempio, il budget del progetto, se l'applicazione richiede una lunga durata della batteria o se è necessario che la batteria si ricarichi rapidamente. Se si desidera ridurre al minimo i costi nel breve periodo, le batterie al piombo possono essere una buona scelta.

Batteria al litio VS. Batteria al piombo

Posso sostituire la batteria al piombo con una al litio?

Molte applicazioni consentono di sostituire le batterie al piombo con quelle al litio. Tuttavia, dal punto di vista della sicurezza, prima di procedere alla sostituzione della batteria è necessario acquisire le conoscenze elettriche di base per garantire la compatibilità di corrente, tensione, capacità e sistema di ricarica. Se non si è sicuri della sostituzione diretta, è consigliabile consultare il produttore dell'apparecchiatura o un produttore professionale di batterie al litio, che potrà offrire consigli pratici e fattibili.

Conclusione

Il contenuto qui sopra è la nostra guida comparativa sulle batterie al piombo e agli ioni di litio da diversi punti di vista. Per gli amici che hanno dubbi su questi due tipi di batterie, speriamo che questo articolo possa offrire un aiuto. Se ci sono aspetti non menzionati, siamo lieti di ricevere i vostri preziosi suggerimenti.