Massimizzare le prestazioni con le batterie LiFePO4: un confronto con le batterie al piombo

La scelta della batteria giusta è fondamentale per molte applicazioni, come i sistemi di energia solare, i veicoli elettrici e le applicazioni nautiche. Due dei tipi di batteria più diffusi sono le batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) e le batterie al piombo-acido. In questo articolo, esaminiamo le differenze tra le batterie LiFePO4 e quelle al piombo-acido e spieghiamo perché le LiFePO4 rappresentano l'opzione migliore.

Annuncio: tutti i dati sono tratti da Power Regina Laboratorio.

Esempio di prodotto:

LFP-50: Batteria Power Queen 12.8V 50Ah LiFePO4 Batteria

LFP-100: Power Queen 12.8V 100Ah batteria LiFePO4

Sintesi del confronto:

batteriatipo	batteria al piomboN		LiFePO4 Bbatterie
	VRLA-50AH	VRLA-100AH	12V50Ah	12V 100Ah
densità energetica	Basso	Basso	3 Appena più alto COME batteria al piombo	3 Appena più alto COME batteria al piombo
Resistenza interna E autodimissioni	alto	alto	Basso	Basso
valutare scarico	Cattivo	Cattivo	Bene	Bene
Tolleranza alla temperatura	Cattivo	Cattivo	Bene	Bene
vita	300	300	4000	4000

Densità energetica: confronto tra peso, dimensioni e capacità

Nella scelta di una batteria, peso e dimensioni sono fattori importanti da considerare, soprattutto in applicazioni in cui la mobilità è fondamentale. Questo confronto esamina peso, dimensioni, specifiche del modello e densità energetica delle batterie VRLA e LFP.

Batteria di	Pesokg)	Dimensione(cm3)	Modello	Densità energetica (Ah/kg)
VRLA-50	15.15	23*13,8*21,1	12V55Ah	3,63
VRLA-100	27.40	33*17.1*21.4	12V 100Ah	3,65
VRLA2-100	28.11	33*17.1*21.4	12V 100Ah	3,56
LFP-50	4,98	17*19*17	12V50Ah	10.04
LFP-100	9,85	32*17*21	12V 100Ah	10,15

In questo confronto, abbiamo esaminato cinque diverse batterie: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH e LFP-100AH. Il peso di queste batterie variava da 10,97 libbre per la LFP-50AH a 60,4 libbre per la VRLA-100AH. Anche le dimensioni delle batterie variavano, con misure che andavano da 6,7 ​​x 7,5 x 6,7 pollici per la LFP-50AH a 13 x 6,7 x 8,42 pollici per la VRLA-100AH ​​e la VRLA2-100AH.

Le specifiche dei modelli differivano anche tra le batterie, con valori di tensione e capacità che andavano da 12V 50Ah per la LFP-50 AH a 12V 100Ah sia per la VRLA-100 AH che per la LFP-100 AH. Infine, abbiamo confrontato la densità energetica di ciascuna batteria in Ah/kg, con le batterie LFP che mostravano densità energetiche significativamente più elevate rispetto alle batterie VRLA. In generale, quando si sceglie una batteria, è importante considerare sia il peso che la densità energetica per assicurarsi che la batteria sia adatta alla propria specifica applicazione.

Confronto della portata di scarico

La capacità di scarica a corrente costante si riferisce alla quantità massima di corrente che una batteria può erogare in un determinato periodo, solitamente espressa in ampere (A) o come multiplo della capacità della batteria, ad esempio C/10 o C/20. Rappresenta la capacità della batteria di fornire energia a una data velocità, con velocità più elevate corrispondenti a una scarica più rapida e velocità inferiori a una scarica più lenta. La capacità di scarica a corrente costante è una caratteristica prestazionale importante di una batteria, soprattutto per le applicazioni che richiedono un'elevata potenza in uscita, come veicoli elettrici o utensili elettrici.

Rispetto alle batterie LFP, le batterie LA presentano una stabilità di tensione significativamente inferiore durante la scarica a velocità elevata.

Ciascuna curva nel diagramma illustra l'effetto di una scarica a una velocità di 0,2 C sulla stabilità della tensione, con la tensione della batteria al piombo-acido che diminuisce rapidamente e la batteria LFP che mostra una stabilità molto maggiore.

Confronto tra resistenza interna e autoscarica

La resistenza interna è una proprietà importante di una batteria che può influenzarne le prestazioni. Quando una batteria è in uso, il flusso di corrente elettrica genera calore al suo interno a causa della resistenza che essa presenta. Questo calore può causare perdite di energia e ridurre l'efficienza complessiva della batteria. Una maggiore resistenza interna implica anche che è necessaria più energia per far passare la stessa quantità di corrente attraverso la batteria, il che può portare a una caduta di tensione e a una riduzione della capacità della batteria.

	VRLA-50	VRLA-100	VRLA2-100	LFP-50	LFP-100
Resistenza interna (mΩ)	7,95	5.23	4.553	1	1

Possiamo constatare che le batterie al piombo-acido presentano un'elevata resistenza interna. Questa elevata resistenza interna è dovuta alla loro struttura e alla loro composizione chimica. Le piastre all'interno della batteria sono realizzate in piombo, che ha una conduttività relativamente bassa rispetto ad altri metalli come il rame. Inoltre, l'elettrolita utilizzato nelle batterie al piombo-acido è una soluzione diluita di acido solforico, che presenta una resistenza relativamente elevata rispetto ad altri tipi di elettrolita. Questi fattori contribuiscono all'elevata resistenza interna complessiva delle batterie al piombo-acido, che può influire negativamente sulle loro prestazioni ed efficienza.

L'autoscarica è un altro fattore importante che influenza le prestazioni della batteria. Anche quando non viene utilizzata, una batteria perde gradualmente la sua carica a causa delle reazioni chimiche che avvengono al suo interno. Il tasso di autoscarica può variare a seconda del tipo di batteria e della sua età, nonché di altri fattori come la temperatura e le condizioni di conservazione. L'autoscarica può rappresentare un problema per i dispositivi che non vengono utilizzati frequentemente, poiché la batteria potrebbe scaricarsi completamente prima di poter essere riutilizzata. Può anche ridurre la capacità complessiva della batteria nel tempo, compromettendone le prestazioni e la durata.

tipo		giorno 1	giorno 6	giorno 11	giorno 16	giorno 21	giorno 26	giorno 31
VRLA	50	13.20	13,18	13,16	13,15	13,15	13,14	13,15
	100	13.24	13.20	13,17	13,15	13.11	13.07	13.05
PQ	50	13.27	13.27	13.27	13.26	13.26	13.25	13.25
	100	13.20	13.20	13.20	13,19	13.20	13,19	13,19

Secondo i dati, le batterie al LiFePO4 presentano una resistenza interna e un'autoscarica significativamente inferiori rispetto alle batterie al piombo-acido. Queste caratteristiche contribuiscono alla maggiore capacità e alla maggiore durata delle batterie al LiFePO4.

Confronto della tolleranza alla temperatura

La tolleranza alla temperatura si riferisce all'intervallo di temperatura entro il quale una batteria può funzionare in modo sicuro ed efficace. Le batterie sono sensibili alla temperatura e temperature estreme, sia calde che fredde, possono influire significativamente sulle loro prestazioni e sulla loro durata.

Se una batteria viene esposta a temperature al di fuori del suo intervallo specificato, ciò può causare danni irreparabili ai componenti interni, una riduzione della capacità, una durata inferiore e persino rischi per la sicurezza come perdite o esplosioni. In generale, le alte temperature possono accelerare le reazioni chimiche all'interno della batteria, con conseguente degrado più rapido e riduzione delle prestazioni, mentre le basse temperature possono rallentare le reazioni chimiche, rendendo la batteria meno efficiente e riducendone la capacità.

Pertanto, nella scelta e nell'utilizzo delle batterie, è importante considerare la tolleranza alla temperatura del tipo specifico di batteria e assicurarsi che venga utilizzata entro l'intervallo di temperatura raccomandato. Ciò può contribuire a prolungare la durata della batteria e a mantenerne prestazioni e sicurezza nel tempo.

Analizziamo ora un confronto tra questi due tipi di batteria:

tipo	VRLA-100Ah	VRLA-50Ah	LFP-100	LFP-50
Tensione predefinita	13.05	13,15	13,19	13,19
80°C 10 minuti	13,03	13,13	13,19	13,19
25°C10 minuti	13,03	13,14	13,19	13,20
80°C 10 minuti	13,01	13,11	13,19	13,20
25°C10 minuti	13,00	13,11	13,20	13,20
80°C 10 minuti	12,58	13,09	13,20	13,20
25°C10 minuti	12,57	13,10	13,20	13,20

La batteria al LiFePO4 ha una maggiore tolleranza alle alte temperature rispetto alle batterie al piombo-acido.

Test di impermeabilità

L'impermeabilità significa che la batteria è progettata per resistere ai danni causati dal contatto con acqua o altri liquidi. Una batteria impermeabile è meno soggetta a corrosione, cortocircuiti o altri problemi che potrebbero danneggiarla se esposta all'umidità. Tuttavia, è importante notare che le batterie impermeabili non sono completamente immuni ai danni causati dall'acqua e devono comunque essere maneggiate con cura in ambienti umidi.

Sciacquare la batteria con acqua su entrambi i lati per 10 minuti, quindi misurare la tensione prima e dopo.

Le batterie al piombo-acido presentano una scarsa stabilità di tensione prima e dopo la carica.

capacità del ciclo ad alta temperatura

Un ciclo ad alta temperatura si riferisce all'esposizione di una batteria a temperature superiori al suo intervallo operativo raccomandato per un periodo prolungato. Ciò può accelerare il degrado della batteria, con conseguente riduzione della capacità e della durata. Può anche aumentare il rischio di pericoli per la sicurezza come perdite, fuoriuscite di liquido o persino instabilità termica. Ora metteremo le batterie a 55 °C (131 °F) per vedere come si comportano.

Conclusione: la stabilità del ciclo di vita delle batterie LA è di gran lunga inferiore a quella delle batterie LFP.

La capacità è rappresentata dalla curva blu, mentre lo stato di salute è indicato dalla curva rossa.

Il nostro modello di stima della durata della batteria suggerisce che una batteria con uno stato di salute (SOH) dell'80% può durare fino a 300 cicli in condizioni di utilizzo normali, mentre una batteria LFP può durare fino a 4000 cicli.

Secondo i nostri standard, consideriamo inaccettabile una batteria con un SOH inferiore all'80%.

Esperimento che prevede lo smontaggio per osservare la struttura interna

batteria al piombo

All'interno della batteria al piombo-acido non c'è praticamente alcuna protezione; la valvola dell'aria è solo una guaina di gomma che può essere facilmente rimossa e non c'è alcuna protezione tra le singole celle.

Rimuovendo la guaina di gomma blu si espongono direttamente il terminale interno e l'elettrolita. Non è presente alcuna protezione interna.

Batteria LFP

All'interno della batteria LFP sono presenti dispositivi di protezione strutturale come piastre protettive e ovatte di schiuma con varie funzioni, e la struttura interna delle singole celle è dotata di protezione contro i cortocircuiti.

Conclusione

In sintesi, le batterie LiFePO4 rappresentano un'ottima soluzione per alimentare applicazioni nautiche come motori elettrici per la pesca a traina, veicoli elettrici come i camper e impianti solari. Offrono numerosi vantaggi rispetto alle batterie al piombo-acido, tra cui peso inferiore, maggiore durata, ricarica più rapida, prestazioni migliori, sicurezza e funzionamento senza manutenzione. Sebbene il costo iniziale possa essere superiore, le prestazioni migliori e la maggiore durata le rendono un'opzione più conveniente nel lungo periodo. Se state pensando di sostituire la batteria del vostro motore elettrico per la pesca a traina o del vostro camper, investire in una batteria LiFePO4 potrebbe essere un'ottima scelta.