Batterie: è il peso che conta (parola del superesperto)

Siamo giunti alla nona ed ultima puntata di questa serie di articoli sulla produzione di energia a bordo, a cura di Roberto Minoia.

L’IMPORTANZA DELLE BATTERIE
Oggi parleremo della parte più importante del sistema, quella che consente di immagazzinare l’energia prodotta dalle varie sorgenti. La tecnologia degli accumulatori elettrici si è evoluta molto lentamente negli ultimi decenni. Le batterie che utilizziamo oggi nelle nostre barche non sono molto diverse da quelle che si usavano 40 o 50 anni fa. Le innovazioni che si sono succedute nel corso degli anni, più che aumentare la capacità di immagazzinare energia (la cosiddetta densità energetica) o la capacità di sopportare cicli di scarica profonda, hanno piuttosto permesso di dar vita a prodotti più resistenti alle vibrazioni e all’utilizzo in condizioni estreme (in posizione inclinata, per esempio) o al recupero dei gas prodotti in fase di ricarica, dando così origine a batterie sigillate e dunque senza manutenzione.

COME NEGLI ANNI ’50
Tutto il resto è praticamente immutato nel corso degli anni: ancor oggi, come negli anni cinquanta, utilizziamo batterie costituite da piastre di piombo immerse in un elettrolita composto principalmente da una soluzione acquosa di acido solforico. Le batterie oggi utilizzate per l’alimentazione dei servizi di bordo appartengono nel 99% dei casi ad una di queste tre categorie: Elettrolita liquido, AGM o GEL.

SISTEMI A ELETTROLITA LIQUIDO
Sono le più semplici e generalmente anche le più economiche. In esse l’elettrolita è immagazzinato in forma liquida e dunque per evitare possibili problemi dovute alla fuoriuscita di acido, devono essere utilizzate in piano o comunque con piccoli angoli di inclinazione. Esistono dei prodotti cosiddetti “senza manutenzione”, ma comunque è bene controllare periodicamente il livello dell’elettrolita per evitare il danneggiamento irreversibile dell’accumulatore. Questa tipologia di prodotti è generalmente poco resistente a colpi e vibrazioni, pertanto a bordo di una barca è meglio optare per i modelli cosiddetti “Heavy Duty” o “Super Heavy Duty”, in cui le piastre di piombo sono protette parzialmente da rotture da stress. Il problema della manutenzione e dell’uso in condizioni critiche è stato superato con l’avvento delle batterie AGM e GEL.

BATTERIE AGM
Nelle AGM (acronimo che sta per Absorbent Glass Mat) l’acido solforico, invece che essere in soluzione liquida si utilizza per imbevere una specie di “spugna” in fibra di vetro che avvolge le piastre di piombo, ottenendo in questo modo un triplice effetto:
1. maggiore resistenza agli shock (urti e vibrazioni) in quanto l’armatura in fibra di vetro protegge le piastre ed impedisce corto circuiti,
2. reale assenza di manutenzione (non ci sono liquidi all’interno)
3. possibilità di utilizzo in qualsiasi inclinazione: perfino completamente rovesciate.
Le batterie AGM, per come sono realizzate, hanno un ulteriore vantaggio rispetto a quelle a liquido: possono essere caricate più velocemente fornendo loro una corrente a maggiore intensità, senza pericolo di danneggiarle.

BATTERIE AL GEL
Le batterie al Gel condividono gli stessi vantaggi delle AGM in termini di robustezza e versatilità di utilizzo, solo che l’elettrolita in questo caso è costituito da un gel denso all’interno del quale sono immerse le piastre di piombo. Il gel tuttavia è più delicato e può danneggiarsi a causa della formazione di bolle di gas, se durante la fase di ricarica viene applicata una tensione troppo alta. In pratica, bisogna assicurarsi di avere un caricabatterie che possa essere impostato per la carica di questo tipo di batterie. Attenzione quindi ai regolatori di tensione degli alternatori, che spesso sono componenti abbastanza semplici e in alcuni casi potrebbero inviare una tensione troppo alta che rovinerebbe le batterie al gel. Altro punto a sfavore di questa tecnologia al gel è che in queste batterie la corrente di spunto non è molto elevata e pertanto non sono adatte ad essere utilizzate per l’avviamento del motore. Per contro hanno molti punti a favore nell’utilizzo per cui sono specificatamente progettate, tra cui una elevata stabilità di tensione e un’ottima resistenza ai cicli di scarica.

LIMITI DELLE BATTERIE AL PIOMBO
Le batterie al piombo, siano esse ad elettrolita liquido, AGM o al gel, hanno purtroppo tutte dei grossi limiti. Il principale è che la loro durata, misurata in numero di cicli di carica e scarica, è piuttosto limitata e sempre dipendente dalla cosiddetta “profondità di scarica” (indicata anche come DOD, cioè Depth Of Discharge). In altre parole, la vita utile di una di queste batterie sarà tanto maggiore, quanto staremo attenti ad evitare il più possibile di scaricarla troppo. Tenuto conto del fatto che una batteria al piombo è considerata carica al 100% quando la tensione ai due poli, a riposo, è di circa 12,8 Volt, sarebbe opportuno non farla mai scendere sotto i 12 Volt – corrispondenti ad una carica residua del 50% circa. Alcune batterie resistono un po’ meglio di altre ai cicli di scarica profonda, ma questo non toglie che anche queste vivranno più a lungo se vengono scaricate poco.

COME ORIENTARSI NELLA SCELTA?
Dunque come è possibile scegliere una batteria adatta ai servizi di bordo, cioè una batteria che resiste bene ai cicli di scarica profonda? Bene, generalmente si è portati a pensare che la scelta debba ricadere per forza su una batteria AGM o al Gel. In realtà non è sempre così e, anche se spesso le batterie con queste tecnologie più moderne e costose sono realizzate con materiali di ottima qualità e pertanto rispondono alle caratteristiche che noi cerchiamo, è altrettanto vero che ci sono in commercio delle batterie ad elettrolita liquido che sono molto migliori di alcune batterie AGM o al gel. Generalmente vi posso dire che la resistenza alle scariche profonde è direttamente proporzionale allo spessore delle piastre di piombo. Dunque, tra due batterie di capacità identica, un buon metodo per orientarsi è quello di scegliere quella che pesa di più. Sembra una banalità, ma spesso è proprio così. Ovviamente il peso non è l’unico fattore di scelta. Per fare una cosa fatta bene si dovrebbero leggere con attenzione i parametri forniti dal costruttore, tra i quali quello più importante è il numero di cicli di carica/scarica teorici della batteria. Ma attenzione: per confrontare due prodotti diversi dovete assicurarvi che questo dato sia riferito alla stessa DOD (profondità di scarica). Come accennato prima, infatti, qualsiasi batteria avrà una vita più breve se viene spesso scaricata profondamente.

BATTERIE AL LITIO, LA NUOVA ERA
Da qualche tempo sono apparse in commercio batterie che finalmente segnano un’importante evoluzione rispetto alla vecchia tecnologia. Si tratta delle batterie agli ioni di Litio. Questo tipo di accumulatori hanno parecchio in comune con quelli utilizzati da anni nei telefonini e in altri prodotti consumer, di cui costituiscono in un certo senso una logica evoluzione, finalizzata ad aumentare la sicurezza. Già, perché se da una parte le batterie al Litio possiedono numerose caratteristiche interessanti, che vedremo tra breve, d’altro canto hanno la brutta abitudine di essere chimicamente piuttosto instabili e in certe condizioni estreme può succedere che esplodano letteralmente, specialmente quelle ad alta capacità. Per questo motivo non vengono utilizzate nel settore che più ci interessa. Le batterie al Litio che oggi vengono utilizzate nella nautica e in altri settori, sono principalmente quelle denominate “Litio Ferro Fosfato”, o LiFePO4, che sono più sicure rispetto ad altre batterie agli ioni di Litio o ai Polimeri di Litio.

Queste batterie costituiscono una vera rivoluzione rispetto a quelle “tradizionali” al piombo, in quanto non solo pesano la metà a parità di capacità, ma sopportano benissimo i cicli di scarica profonda, garantendo una vita media notevolmente più lunga: fino a 4-5 volte in più rispetto ad una ottima batteria al piombo. Giusto per dare qualche numero, pensate che una batteria LiFePO4 può sopportare oltre 2000 cicli di scarica fino al 90%, quando una ottima batteria al piombo può arrivare a 800 cicli ma con scariche che non vanno oltre il 50%! Il rovescio della medaglia è che queste batterie al litio sono ancora molto costose. Però va detto che, potendo essere scaricate fino al 90% della loro capacità nominale, la capacità totale del nostro banco batterie potrebbe essere quasi dimezzata. Una buona batteria AGM da 200 Ah costa circa 500 euro, pesa 60 Kg e dura 6-7 anni se utilizzata bene. Questa potrebbe essere sostituita da una batteria LiFePO4 da 100-120 Ah, che costa 1200-1500 euro, pesa 15 Kg e dura 20 anni. Tutto sommato a conti fatti può anche essere una scelta conveniente, no?

IL FUTURO PROSSIMO
Negli ultimi anni, la richiesta di batterie ad alta capacità, leggere, efficienti e a lunga durata è aumentata moltissimo. Pensiamo solo all’aumento esponenziale delle vendite di auto elettriche o ibride. Alcune grosse società – Tesla e Google in primis – stanno investendo letteralmente miliardi di dollari in ricerca e i risultati cominciano ad arrivare. Si parla ormai di batterie al Litio-Silicio, che potrebbero diventare una realtà già fra 3-4 anni, e che promettono densità energetiche – cioè quantità di energia per kg di peso – fino ad oggi inimmaginabili. Pensate che si parla di realizzare batterie a 12 Volt da 200 Ah che peseranno soltanto 5 kg invece dei 60 kg delle attuali batteria al piombo! Senza rinunciare – ed anzi migliorando – le ottime caratteristiche delle attuali batterie al Litio in fatto di durata e resistenza ai cicli di scarica profonda. Insomma, il futuro prossimo ci riserverà finalmente delle sorprese positive. Non ci resta che aspettare fiduciosi.

Roberto Minoia

CHI E’ ROBERTO MINOIA
Roberto Minoia ha unito la sua passione per la vela e la tecnologia sul sito www.blogdellavela.it. Potete scrivergli a roberto.minoia@gmail.com