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Qual è meglio, una batteria al litio o una NiMh?

September 12 , 2025

Qual è meglio, una batteria al litio o una NiMH?

Grazie alla tecnologia moderna, la tecnologia delle batterie continua a progredire. Le due principali tipologie di batterie ricaricabili, le batterie al litio e quelle al nichel-metallo idruro, offrono vantaggi e applicazioni unici. Questo articolo fornirà un'analisi approfondita delle batterie al litio e al nichel-metallo idruro da diverse prospettive, tra cui densità energetica, tempo di ricarica, velocità di autoscarica, costi, sicurezza, durata, ecocompatibilità e tecnologie correlate, per aiutare i lettori a comprendere meglio e scegliere il tipo di batteria più adatto.

Densità energetica

La densità energetica è un parametro chiave delle prestazioni che influisce direttamente sulla durata, sul volume e sul peso della batteria. Le batterie al litio hanno in genere una densità energetica compresa tra 150 e 250 Wh/kg, mentre le batterie al nichel-metallo idruro hanno una densità energetica compresa tra circa 60 e 120 Wh/kg. Ciò significa che le batterie al litio possono fornire più energia a parità di peso, rendendole adatte ad applicazioni che richiedono un'elevata densità energetica, come smartphone e veicoli elettrici.

Lithium ion battery

Tempo di ricarica
Il tempo di ricarica è un fattore cruciale per l'esperienza utente. Le batterie al litio si ricaricano rapidamente, in genere completamente entro 2-3 ore. Al contrario, le batterie al nichel-metallo idruro impiegano più tempo per caricarsi, in genere dalle 3 alle 10 ore. Le batterie al litio presentano chiaramente un vantaggio per i dispositivi che richiedono una ricarica rapida, come telefoni cellulari e utensili elettrici.

Tasso di autoscarica
Il tasso di autoscarica si riferisce alla naturale perdita di carica della batteria quando non viene utilizzata. Le batterie al litio hanno un tasso di autoscarica inferiore, circa l'1,5-2% al mese, mentre le batterie al nichel-metallo idruro hanno un tasso di autoscarica superiore, raggiungendo il 20-30% al mese. Ciò significa che le batterie al litio mantengono meglio la carica durante lunghi periodi di inattività, rendendole adatte come alimentatori di riserva e per dispositivi che non vengono utilizzati per periodi prolungati.

Costo
Il costo è un fattore importante da considerare nella scelta di una batteria. Le batterie al nichel-metallo idruro hanno costi di produzione inferiori e sono relativamente accessibili. Le batterie al litio hanno un processo produttivo più complesso e sono relativamente costose, ma con i progressi tecnologici e la produzione su larga scala, i loro prezzi sono costantemente diminuiti, diventando gradualmente la soluzione più diffusa sul mercato. Per applicazioni con budget limitati, le batterie al nichel-metallo idruro possono essere più interessanti.

Sicurezza
La sicurezza è un aspetto fondamentale nell'uso delle batterie. Le batterie al nichel-metallo idruro sono generalmente considerate più sicure delle batterie al litio perché hanno una capacità termica specifica e una densità energetica inferiori, e un punto di fusione di 400 °C. Ciò significa che non si riscaldano rapidamente e non prendono fuoco in caso di collisione, schiacciamento, foratura o cortocircuito. Tuttavia, a causa dell'elevata reattività degli ioni di litio e dell'elevata densità energetica, alcuni tipi di materie prime per batterie al litio sono infiammabili. Un cortocircuito può causare un aumento di temperatura che potrebbe portare alla combustione spontanea. Pertanto, le batterie al nichel-metallo idruro offrono un vantaggio superiore in termini di sicurezza.

Durata del servizio
La durata di vita utile è un indicatore chiave delle prestazioni della batteria. Le batterie agli ioni di litio hanno in genere una durata di oltre 1.000 cicli di carica, mentre le batterie al nichel-metallo idruro hanno una durata di 300-500 cicli di carica. Ciò significa che le batterie agli ioni di litio offrono prestazioni migliori per periodi di utilizzo prolungati e sono adatte ad applicazioni che richiedono una lunga durata, come veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia.

Prestazioni ambientali
Le prestazioni ambientali sono un fattore chiave nella moderna tecnologia delle batterie. Le batterie al nichel-metallo idruro non contengono metalli pesanti tossici e hanno un elevato valore di riciclo. Sebbene le batterie agli ioni di litio non contengano sostanze pericolose come il cadmio, i loro processi di produzione e riciclo hanno un certo impatto ambientale. Nel complesso, le batterie al nichel-metallo idruro offrono migliori prestazioni ambientali.

Scenari applicativi
Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in smartphone, laptop, veicoli elettrici, utensili elettrici e sistemi di accumulo di energia rinnovabile. L'elevata densità energetica, la ricarica rapida e la lunga durata della batteria le rendono la scelta preferita per questi dispositivi ad alte prestazioni. Le batterie NiMH sono più comunemente utilizzate in fotocamere digitali, dispositivi di comunicazione, dispositivi di cosmetica personale e veicoli ibridi. Il loro basso costo e l'elevata sicurezza le rendono competitive in questi settori.

Velocità di ricarica
Le batterie al litio generalmente si caricano più velocemente delle batterie NiMH. Le batterie al litio possono essere caricate completamente in una o tre ore, mentre le batterie NiMH impiegano più di dieci ore. La capacità di ricarica rapida delle batterie al litio le rende più adatte ad applicazioni che richiedono una ricarica rapida, come smartphone e veicoli elettrici.

Metodi di ricarica
Le batterie al litio e le batterie NiMH utilizzano metodi di ricarica diversi. Le batterie al litio utilizzano in genere un metodo di ricarica a corrente costante e tensione costante (CCCV), che inizialmente carica a corrente costante. Una volta che la tensione raggiunge un certo livello, la batteria passa a una tensione costante fino alla carica completa. Le batterie NiMH, invece, si basano maggiormente sulla ricarica a corrente costante, con conseguenti minori fluttuazioni di corrente e una tensione più uniforme durante la ricarica.

Efficienza di ricarica
L'efficienza di carica si riferisce all'efficienza con cui una batteria converte l'energia elettrica in energia chimica durante il processo di carica. Le batterie agli ioni di litio hanno in genere un'efficienza di carica Coulombica compresa tra l'80% e il 90%, mentre le batterie al nichel-metallo idruro hanno in genere un'efficienza di carica Coulombica del 66%. Ciò significa che per ogni 100 ampere-ora di carica erogata, sono necessari 150 ampere-ora di carica. Ciò indica che le batterie agli ioni di litio subiscono una minore perdita di energia durante la carica e sono più efficienti.

Sensibilità alla temperatura
Le batterie al nichel-metallo idruro sono sensibili alla temperatura, il che causa un calo della tensione in caso di fluttuazioni di temperatura e il rischio di esplosione a temperature estreme. Al contrario, le batterie agli ioni di litio, pur essendo anch'esse sensibili alla temperatura, generalmente tollerano meglio le fluttuazioni di temperatura e mantengono una tensione costante anche a temperature elevate.

Sicurezza di ricarica
Le batterie al nichel-metallo idruro sono generalmente considerate più sicure delle batterie agli ioni di litio perché contengono meno componenti attivi, il che riduce la probabilità di reazioni chimiche. A causa delle loro proprietà chimiche, le batterie agli ioni di litio sono più soggette a runaway termico in caso di surriscaldamento o sovraccarico, richiedendo circuiti di protezione per garantirne un funzionamento sicuro.

Meccanismo di generazione del calore e modello termico
Le batterie agli ioni di litio subiscono reazioni chimiche durante la carica e la scarica, generando calore. L'elettrodo negativo di una batteria agli ioni di litio presenta uno strato SEI. Quando la temperatura raggiunge gli 80-120 °C, lo strato SEI si decompone, causando la generazione di calore eccessivo nella batteria. I modelli termici per le batterie agli ioni di litio si basano in genere sulla formula proposta da Bernardi et al., che presuppone una generazione di calore uniforme all'interno della batteria.

Il meccanismo di generazione del calore delle batterie al nichel-metallo idruro è simile a quello delle batterie agli ioni di litio, ma a causa della loro diversa composizione chimica e delle diverse caratteristiche di reazione, la velocità di generazione del calore e il modello termico possono differire. Anche le batterie al nichel-metallo idruro generano calore durante la carica, ma la quantità di calore rilasciata è generalmente inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio.

Sistema di gestione termica (BTMS)
Il BTMS per le batterie agli ioni di litio è generalmente più complesso perché queste batterie sono più sensibili alla temperatura. Le batterie agli ioni di litio hanno un intervallo di temperatura di esercizio ristretto, con una temperatura di esercizio ottimale di circa 25 °C e una differenza di temperatura di esercizio massima non superiore a 5 °C. I sistemi di gestione termica delle batterie agli ioni di litio richiedono un rigoroso controllo della temperatura per prevenire la fuga termica e massimizzare la durata della batteria. Le batterie NiMH hanno sistemi di gestione termica relativamente semplici perché sono meno sensibili alla temperatura. Le batterie NiMH possono funzionare in un ampio intervallo di temperatura e le temperature estreme raramente ne influenzano le prestazioni e la durata.

Tecnologie di raffreddamento
Le tecnologie di raffreddamento più comuni per le batterie agli ioni di litio includono il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido e il raffreddamento con materiali a cambiamento di fase. I sistemi di raffreddamento a liquido sono ampiamente utilizzati per le batterie agli ioni di litio, in particolare nei veicoli elettrici, grazie alla loro efficiente capacità di scambio termico. I sistemi di raffreddamento a liquido possono mantenere una temperatura uniforme della batteria, riducendo il rischio di degrado delle prestazioni e di runaway termico.

Le batterie NiMH possono utilizzare sistemi di raffreddamento ad aria o semplici sistemi di raffreddamento a liquido. Poiché le batterie al nichel-metallo idruro presentano un rischio inferiore di runaway termico, il loro sistema di raffreddamento può essere progettato in modo relativamente semplice ed economico.

Controllo della temperatura
Le batterie agli ioni di litio richiedono un controllo della temperatura più rigoroso, che richiede un sistema di controllo preciso per mantenere le batterie entro l'intervallo di temperatura operativa ottimale. Un sistema di gestione termica delle batterie agli ioni di litio può includere componenti come sensori di temperatura, ventole, pompe e refrigerante per il controllo attivo della temperatura.
Le batterie al nichel-metallo idruro richiedono un controllo della temperatura meno rigoroso e potrebbero richiedere solo un sistema di gestione termica passiva, come un dissipatore di calore o un raffreddamento a convezione naturale.

Sicurezza termica
La sicurezza termica delle batterie agli ioni di litio è un fattore chiave nella gestione termica. Il funzionamento delle batterie agli ioni di litio ad alte temperature accelera la velocità delle reazioni elettrochimiche, con conseguente degrado della capacità, riduzione della durata della batteria e persino rischio di incendio. Pertanto, un sistema di gestione termica delle batterie agli ioni di litio deve essere in grado di prevenire il surriscaldamento.
Le batterie al nichel-metallo idruro offrono una sicurezza termica relativamente elevata perché reagiscono in modo meno violento al surriscaldamento rispetto alle batterie agli ioni di litio. Un sistema di gestione termica delle batterie al nichel-metallo idruro si concentra maggiormente sul mantenimento delle prestazioni della batteria piuttosto che sulla prevenzione della fuga termica.

Confronto tra batterie agli ioni di litio e batterie al nichel-metallo idruro

Aspetto	Batteria agli ioni di litio	Batteria al nichel-metallo idruro (NiMH)
Densità energetica	150–250 Wh/kg, più alto, più leggero, più lungo; ideale per veicoli elettrici e smartphone	60–120 Wh/kg, inferiore; più ingombrante per la stessa capacità
Tempo di ricarica	2–3 ore (ricarica rapida supportata)	3–10 ore (ricarica più lenta)
Tasso di autoscarica	Basso: 1,5–2%/mese; mantiene bene la carica	Alto: 20–30%/mese; perde rapidamente la carica
Costo	Costi più elevati, ma prezzi in calo con la produzione di massa	Costi più bassi, più accessibili
Sicurezza	Rischio di fuga termica, infiammabile in caso di abuso; necessita di circuiti di protezione	Più sicuro, densità energetica inferiore, meno soggetto a incendi/esplosioni
Durata del servizio	>1000 cicli di carica (durata di vita più lunga)	300–500 cicli di carica (durata di vita più breve)
Prestazioni ambientali	Niente cadmio tossico, ma il riciclo ha un impatto ambientale	Nessun metallo pesante tossico, valore di riciclaggio più elevato, più ecologico
Scenari applicativi	Smartphone, laptop, veicoli elettrici, utensili elettrici, sistemi di accumulo di energia	Fotocamere, piccoli dispositivi elettronici, dispositivi personali, veicoli ibridi
Velocità di ricarica	1–3 ore (ricarica rapida supportata)	>10 ore (lento)
Metodo di ricarica	CCCV (corrente costante → tensione costante)	Corrente costante (tensione più uniforme)
Efficienza di ricarica	80–90% (minore perdita di energia)	~66% (maggiore perdita di energia)
Sensibilità alla temperatura	Moderato; può tollerare le fluttuazioni ma necessita di controllo	Elevata; cadute di tensione con variazioni di temperatura, rischio di esplosione in condizioni estreme
Sicurezza di ricarica	Necessita di monitoraggio; rischio di sovraccarico/surriscaldamento	Più sicuro, meno componenti attivi
Generazione di calore	Genera più calore (decomposizione dello strato SEI 80–120°C)	Genera meno calore in generale
Sistema di gestione termica (BTMS)	Complesso, intervallo di temperatura ristretto (~25°C ottimale), controllo attivo richiesto	Semplice, intervallo operativo più ampio, meno influenzato dagli estremi
Tecnologie di raffreddamento	Aria, liquido, cambiamento di fase; raffreddamento a liquido comune nei veicoli elettrici	Raffreddamento ad aria o a liquido semplice; basso costo
Controllo della temperatura	Rigoroso; richiede sensori, ventole, pompe, refrigerante	Rilassato; spesso passivo (dissipatore di calore, convezione)
Sicurezza termica	Alto rischio in caso di surriscaldamento; può degradarsi e prendere fuoco	Elevata sicurezza termica; attenzione alle prestazioni, non alla fuga

Conclusione

Se cerchi un'elevata densità energetica, una ricarica rapida e una lunga durata, le batterie al litio sono la scelta migliore.
Se sicurezza, rispetto dell'ambiente e costi contenuti sono più importanti, le batterie al nichel-metallo idruro sono migliori.

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