Ci circondano, eppure le conosciamo così poco.

Le batterie sono dispositivi che immagazzinano energia elettrica sotto forma di energia chimica e la rendono disponibile quando richiesta.

Il principio base di una batteria è la reazione elettrochimica. Una batteria è composta da due elettrodi, il catodo (positivo) e l’anodo (negativo), immersi in un elettrolita che permette il passaggio degli ioni tra i due elettrodi.

Durante la scarica, gli elettroni fluiscono dall’anodo al catodo attraverso il circuito esterno, producendo corrente elettrica utilizzabile. Allo stesso tempo, gli ioni si muovono nell’elettrolita dall’anodo al catodo per mantenere l’equilibrio di carica.

Durante la carica, il processo è inverso: una fonte di corrente esterna forza gli elettroni a fluire verso l’anodo, accumulando energia chimica che può essere utilizzata successivamente. Questo processo è reso possibile solo da specifici materiali che consentono il flusso di elettroni e ioni in maniera controllata e reversibile, come nel caso delle batterie ricaricabili.

Tipi di batterie

Esistono diversi tipi di batterie, ciascuna con caratteristiche specifiche che le rendono adatte a determinate applicazioni. Ecco i principali tipi di batterie comunemente utilizzati:

  • Batterie al piombo-acido: le batterie al piombo-acido sono tra le più antiche e ancora oggi le più comuni per applicazioni ad alto consumo, come le automobili e gli impianti di accumulo. Queste batterie sono robuste, economiche e capaci di fornire elevate correnti di spunto. Tuttavia, presentano una bassa densità energetica e richiedono manutenzione periodica. Inoltre, il piombo è un materiale pesante e poco ecologico.
  • Batterie agli ioni di litio (Li-Ion): queste batterie sono ampiamente utilizzate per dispositivi elettronici e sistemi di accumulo energetico per impianti solari. Sono caratterizzate da un’elevata densità energetica, peso ridotto e una lunga vita utile. Tuttavia, sono anche più costose e richiedono un sistema di gestione della batteria (BMS) per monitorare e proteggere le celle da sovraccarichi o scariche eccessive.
  • Batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd): sono usate principalmente per applicazioni industriali, queste batterie sono resistenti e possono sopportare cicli di carica e scarica rapidi. Tuttavia, il cadmio è altamente tossico, il che rende queste batterie meno ecologiche rispetto ad altre tecnologie. Inoltre, le batterie Ni-Cd soffrono di un “effetto memoria” che riduce la loro capacità nel tempo.
  • Batterie al nichel-metallo idruro (NiMH): sono usate soprattutto per dispositivi portatili, le batterie NiMH offrono una densità energetica maggiore rispetto alle Ni-Cd e sono meno inquinanti. Tuttavia, hanno una durata di vita inferiore rispetto alle batterie al litio e sono sensibili alle temperature estreme.
  • Batterie al litio-ferro-fosfato (LiFePO4): le batterie LiFePO4 sono una variante delle batterie al litio progettate per essere più sicure e stabili. Sono utilizzate in applicazioni che richiedono cicli di vita molto lunghi e un’elevata stabilità termica, come gli impianti solari domestici. Sebbene la densità energetica sia inferiore rispetto alle tradizionali batterie al litio, la sicurezza e la durata le rendono ideali per l’accumulo di energia rinnovabile.

Prestazioni delle batterie: cicli di vita, capacità ed efficienza

La capacità di una batteria viene misurata in ampere-ora (Ah) o kilowattora (kWh).

Indica in sostanza la quantità totale di energia che una batteria può immagazzinare. Una batteria con una capacità di 100 Ah può teoricamente erogare una corrente di 1 ampere per 100 ore, o di 10 ampere per 10 ore.

Ogni ciclo di carica e scarica completa rappresenta poi un ciclo di vita, concetto molto importante.

Le batterie sono classificate per un numero specifico di cicli, dopo i quali la capacità inizia a diminuire.

Ad esempio, le batterie al piombo-acido possono durare da 300 a 500 cicli, mentre le batterie al litio possono superare i 2.000 cicli.

Per capire invece quanto dell’energia immessa nella batteria può essere recuperata in fase di scarica bisogna considerare l’efficienza di carica/scarica.

Le batterie al litio hanno un’efficienza intorno al 90-95%, mentre le batterie al piombo-acido si attestano su un’efficienza dell’80-85%.

Ci sarebbe molto altro da dire, specialmente sulle batterie collegate a un impianto di accumulo solare domestico o industriale, ma ne parleremo in un capitolo successivo.