Esistono due tipi di batterie per il motore elettrico per barca: batterie al piombo e batterie al litio. Presentano caratteristiche specifiche in termini di densità energetica gravimetrica e volumetrica, durata, prezzo, applicabilità, politiche nazionali e così via.
Attualmente, la densità energetica delle batterie al litio è generalmente di 200-260 Wh/g, mentre quella delle batterie al piombo è di 50-70 Wh/g. La densità energetica gravimetrica delle batterie al litio è da 3 a 5 volte superiore a quella delle batterie al piombo. Ciò significa che, a parità di capacità, una batteria al piombo pesa da 3 a 5 volte più di una batteria al litio. Le batterie al litio offrono quindi un vantaggio assoluto nella riduzione del peso dei sistemi di accumulo dell’energia. La densità energetica volumetrica di una batteria al litio è solitamente circa 1,5 volte quella di una batteria al piombo. Di conseguenza, a parità di capacità, una batteria al litio è circa il 30% più piccola di una batteria al piombo. Attualmente, i materiali più diffusi sono quelli a base ternaria e al litio-ferro. Le batterie al litio ternarie per trazione raggiungono solitamente oltre 500 cicli di carica e scarica. Le batterie al litio-ferro-fosfato superano i 600 cicli, mentre quelle al piombo ne raggiungono di solito solo 300-350. La durata di una batteria al litio è quindi circa 1-2 volte quella di una batteria al piombo.
Eppure, ancora oggi le batterie al piombo vengono utilizzate in alcune macchine di grandi dimensioni, come le automobili e i gommoni da pesca. Secondo un’indagine, l’86% dei clienti sceglie le batterie al piombo. Le batterie al litio sono leggere, compatte e hanno una lunga durata. Perché, allora, si continuano a usare quelle al piombo?
1. Buona adattabilità
Le batterie al piombo offrono buone prestazioni alle basse temperature e con correnti elevate. Con una scarica a una velocità di 10C a -10 °C, la tensione può rimanere superiore a 10 V per oltre 90 secondi. È sufficiente per affrontare le condizioni difficili nella maggior parte delle aree. Le prestazioni delle batterie agli ioni di litio alle basse temperature sono invece molto peggiori: la capacità di scarica si riduce drasticamente e il loro impiego pratico nelle zone fredde diventa difficile. Anche le caratteristiche di corrente elevata sono importanti: all’avvio del motore la corrente istantanea è relativamente alta e, nel caso dei motori ad alta potenza, può esserlo ancora di più. Quanto ai materiali attualmente impiegati negli elettrodi positivi e negativi delle batterie agli ioni di litio, né la grafite né l’ossido di litio-cobalto sono materiali anodici ad alta potenza. Le prestazioni peggiorano drasticamente alle alte potenze. Le batterie al litio non sono quindi adatte agli ambienti a basse temperature, mentre quelle al piombo si comportano molto meglio.
2. Elevata sicurezza
Nei sistemi di batterie attuali, le batterie al piombo sono estremamente sicure.
1) Le buone prestazioni con correnti elevate riducono il rischio di incidenti.
2) Anche in caso di incidente, i materiali degli elettrodi positivo e negativo sono composti di piombo. Anche il liquido elettrolitico è una soluzione di acido solforico. Non sono infiammabili e possono soltanto causare la combustione dei componenti circostanti. L’elettrodo negativo delle batterie agli ioni di litio è invece in grafite, un materiale carbonioso infiammabile. L’elettrolita è composto da un solvente estere e da un sale di litio. Il solvente estere è non solo infiammabile, ma anche estremamente volatile. In caso di forte rilascio di calore, può incendiarsi o persino esplodere; lo stesso può accadere in caso di collisione, eventualità inevitabile durante la navigazione. Le conseguenze di un’esplosione sono inimmaginabili.
3) Durante la scarica ad alta corrente, nelle batterie agli ioni di litio possono formarsi dendriti di litio sull’elettrodo negativo, causando un cortocircuito interno e l’esplosione della batteria. È un fatto riconosciuto nel settore delle batterie al litio. Esistono inoltre molti altri problemi. Uno dei principali riguarda la stabilità del materiale degli elettrodi, compromessa dal lungo mantenimento della batteria a uno stato di carica (SOC) elevato.
3. Basso costo
Il costo delle batterie al piombo è senza dubbio il più basso. I requisiti relativi ai materiali degli elettrodi, agli elettroliti e all’ambiente di assemblaggio sono molto meno stringenti rispetto a quelli delle batterie agli ioni di litio. A parità di capacità, una batteria al litio costa circa 3-5 volte più di una batteria al piombo. Con la somma necessaria per acquistare una batteria al litio se ne possono acquistare 3-5 al piombo. Le batterie al litio durano più a lungo, ma non soddisfano ancora pienamente le esigenze dei clienti.
4. Elevato tasso di riciclo
Si dice che le batterie al piombo inquinino l’ambiente e che quelle agli ioni di litio siano ecologiche. In realtà, si tratta di un grande equivoco. Attualmente, il principale punto di forza delle batterie al piombo è il sistema di riciclo. Sono utilizzate nei motori e negli alimentatori di avviamento: due ambiti ben circoscritti, in cui gli utenti si rivolgono a negozi specializzati per sostituire le batterie. Perché? Perché possono consegnare quelle usate e ricevere una somma da usare per comprarne di nuove! Le batterie agli ioni di litio contengono pochi metalli pesanti: solo il materiale dell’elettrodo positivo contiene cobalto. Tuttavia, sono utilizzate su vasta scala in tutto il mondo. Nel lungo periodo, questo rappresenta ancora un problema, ma non esiste un sistema che se ne occupi né un meccanismo per riciclare le batterie al litio.
In sintesi, benché le batterie al litio siano compatte, leggere e di lunga durata, sono ancora usate soprattutto in telefoni cellulari, tablet e computer. Per i dispositivi di grandi dimensioni attualmente disponibili sul mercato si utilizzano invece batterie al piombo. In termini di adattabilità, sicurezza e costo, le batterie al piombo sono ancora superiori a quelle al litio come fonte di energia per il motore elettrico per barca.
