Confronto tra 2.5 LiFePO4 e Li-Ioni (NMC)

In questo articolo si parla di batterie agli ioni di litio e batterie al litio ferro fosfato. Dopo aver letto l'articolo e visto il video, sarete in grado di valutare quale tipo di batteria è più adatto per la vostra applicazione.

Prima di entrare nelle singole tecnologie, diamo prima un'occhiata alle diverse forme costruttive. Ci sono celle cilindriche, celle prismatiche e celle pouch. A seconda del produttore, si possono trovare celle diverse con contenuti diversi. La forma costruttiva non dice quindi necessariamente nulla sul materiale effettivo.

Esternamente non si può dire cosa sia stato installato all'interno della batteria. Nel Torqeedo Travel 1103, ad esempio, si tratta di celle cilindriche. Spesso si tratta di celle di produttori di marca come Panasonic, Samsung o Sony. 

Le celle cilindriche hanno la massima densità energetica tra tutti i tipi. Il guscio esterno è generalmente realizzato in acciaio nichelato molto sottile. Il vantaggio delle celle cilindriche è l'alta rigidità e robustezza.

Tuttavia, a causa della forma rotonda, le celle non possono essere disposte in modo efficiente all'interno del case e occupano relativamente molto spazio. Un ulteriore svantaggio sono i costi di produzione più elevati, in particolare a causa del materiale dello strato esterno.

All'interno della maggior parte delle LiFePO4 ci sono quattro celle prismatiche. Il vantaggio di avere solo 4 celle singole è una connessione più semplice all'interno della scatola. Questo fa risparmiare tempo e denaro nella produzione.

Grazie alla forma quadrata, lo spazio può essere utilizzato in modo molto più efficiente rispetto a una cella rotonda. Il rivestimento delle celle è solitamente realizzato in alluminio leggermente più economico. Rispetto alla cella rotonda, tuttavia, la cella prismatica occupa più spazio e quindi il rivestimento esterno pesa anche di più. 

Nel ePropulsion Spirit 1.0 PLUS vengono utilizzate le cosiddette celle pouch. La differenza rispetto ad altre forme è la massima densità energetica e la migliore ottimizzazione dello spazio. Se si guarda la batteria una volta aperta, si nota che le vere celle costituiscono solo una piccola parte della batteria.

Il rivestimento delle celle pouch è realizzato in morbida pellicola composita di alluminio. Questa è la più leggera e compatta rispetto a tutte le altre forme. Il vantaggio delle celle pouch è l'alta densità energetica e i costi contenuti per l'imballaggio.

Tuttavia, le celle pouch non sono così robuste e stabili rispetto agli altri tipi di celle, quindi dovrebbero essere ben protette. Un ulteriore vantaggio è la buona dissipazione del calore, che può fuoriuscire molto più facilmente dalle celle pouch rispetto a quelle prismatiche.

Continuiamo con le batterie al litio e le diverse tecnologie. Quando parliamo di batterie al litio, ci riferiamo generalmente alle batterie al litio-ferro-fosfato, ovvero la denominazione chimica LiFePO4. 

All'interno del contenitore della batteria ci sono di solito queste celle prismatiche blu. In Cina ci sono alcuni grandi produttori, come CATL, Calb o EVE. Arriveremo presto ai pro e contro.

Inoltre, ci sono batterie agli ioni di litio. Dietro questo termine si nasconde una serie di diverse chimiche delle celle. La più comune è il Litio-Nichel-Cobalto-Manganese-Ossido. Spesso vedrete l'abbreviazione NMC, Li-NMC o NCM. Ci sono anche altre miscele come il Litio-Nichel-Cobalto-Alluminio-Ossido o ulteriori varianti. Tutte hanno diversi vantaggi e svantaggi.

Le batterie agli ioni di litio sono solitamente integrate nelle celle cilindriche o nelle celle pouch. Ad esempio, anche nella batteria dell'ePropulsion Spirit 1.0 PLUS o del Torqeedo Travel 1103. Naturalmente, conoscete queste batterie agli ioni di litio anche dalle auto elettriche o dalle e-bike. Anche in ogni laptop o smartphone queste batterie sono integrate.

LiFePO4 pesa un po' di più. Qui abbiamo di solito circa 10 kg per kWh. Li-NMC, invece, pesano solo tra 6 e 7 kg per kWh. 3 kg in più per kWh sembrano pochi, ma sono comunque il 50% in più di peso.

Per questo motivo, le batterie agli ioni di litio più leggere vengono utilizzate anche nelle auto elettriche o nei monopattini elettrici. Qui ogni chilogrammo ha un grande impatto sull'accelerazione, sul consumo e sull'autonomia. In definitiva, quindi, un chiaro vantaggio per le batterie agli ioni di litio.

Qual è la sicurezza delle batterie al litio? Le batterie LiFePO4 hanno un vantaggio decisivo rispetto alle batterie agli ioni di litio: il fosfato di litio-ferro non è infiammabile né esplosivo. Di tanto in tanto, nei notiziari, si sente parlare di una Tesla in fiamme con batteria agli ioni di litio, che deve essere spenta con un estintore speciale.

Anche se le batterie causano significativamente meno danni rispetto ai motori a combustione, è bene saperlo. Con le LiFePO4, invece, non può succedere nulla di grave. Questo è particolarmente importante in acqua, dove le batterie possono essere difficili da spegnere o dove i vigili del fuoco possono intervenire con difficoltà. Pertanto, il fosfato di litio-ferro non può causare ulteriori danni ambientali.

Un ruolo importante nella valutazione se utilizzare litio-ferro-fosfato o litio-ioni sono i cicli di scarica e quindi la durata. Qui ci sono differenze molto significative. LiFePO4 ha in genere 3.000 cicli di carica con una scarica dell'80%, le ultime batterie LiFePO4 ne hanno addirittura di più, quindi 4.000 o 5.000 cicli di carica. Le batterie agli ioni di litio, invece, hanno solo circa 800-1.000 cicli.

È quindi importante riflettere attentamente in anticipo su quante volte la batteria verrà utilizzata. Questo ha un'influenza significativa sulla scelta della tecnologia della batteria. Se la batteria sulla barca viene scaricata e ricaricata forse 50 volte all'anno, anche 1.000 cicli di carica di una batteria agli ioni di litio saranno più che sufficienti per i prossimi 20 anni.

Se la barca viene noleggiata per 200 giorni all'anno, ciò significa 400 cicli di carica consumati all'anno. Pertanto, raccomanderemmo sicuramente una batteria al litio-ferro-fosfato.

Adesso diamo un'occhiata ai prezzi attuali. La batteria al litio di Ultiatron con 7,68 kWh costa a partire da 1.999€. Sono solo 260€ per kWh. Per i marchi rinomati, i prezzi sono spesso significativamente più alti: piuttosto 400 a 600€ per kWh. Il prezzo dipende dalle funzionalità e dalla catena di fornitura. Se è installato un BMS Bluetooth, se la batteria può essere collegata in serie o se la batteria può gestire una maggiore potenza di scarica, la batteria costerà logicamente di più.

D'altra parte abbiamo la batteria agli ioni di litio del produttore Lithimo, che costa 3.399€ per 6 kWh. Sono comunque piuttosto convenienti 580€ per kWh. Tuttavia, lo standard è come per lo Spirit 1.0 Plus piuttosto un prezzo di 800 - 1000€ per kWh.

Le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate quando la batteria deve essere il più leggera possibile. O quando ho una barca a vela leggera e voglio arrivare in planata il prima possibile. Oppure quando porto regolarmente la batteria con me, come in una barca gonfiabile o in una barca a remi. Ad esempio, con un motore da 1 kW con batteria integrata come il Torqeedo Travel 1103 o l'ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

Per tutte le altre barche a dislocamento, non è drammatico se ho 30 kg in più nel battello con una batteria da 10 kWh o meno. Sulle barche a vela, sulle case galleggianti e sulle barche a motore in navigazione a dislocamento, il peso non fa differenza. Tuttavia, fa una differenza enorme se spendo da 3.000 a 5.000€ in più per i 10 kWh. Per questo motivo, raccomandiamo principalmente la batteria LiFePO4 per sistemi più grandi.

In sintesi, si può dire: Solo a causa dei cicli di carica e della maggiore sicurezza, le batterie LiFePO4 sono quasi sempre raccomandate, inoltre si può risparmiare un bel po' di soldi.

Il vantaggio più importante delle batterie al litio-ferro-fosfato è il prezzo più conveniente. Le batterie LiFePO4 sono disponibili da noi a partire da 260€ per kWh. Raccomandiamo ad esempio le batterie di Ultimatron, che sono davvero molto accessibili e in parte costruite appositamente per noi.

Le batterie agli ioni di litio, invece, partono da 580€ e di solito costano anche piuttosto 800 - 1.000€ per kWh. Per le barche a vela, di solito le batterie agli ioni di litio sono più adatte, semplicemente a causa del peso inferiore, che influisce positivamente sul consumo e sulla velocità.