Capacità e densità di energia delle batterie: Ah, Wh e Wh/kg

«Quanto dura?» e «quanto pesa?» sono le due domande che contano davvero quando si sceglie una batteria, e la risposta sta in due grandezze spesso confuse: la capacità, misurata in amperora, e l’energia, misurata in wattora. Saperle distinguere — e sapere quanta energia sta in un chilo di batteria — è indispensabile per dimensionare correttamente un sistema.

Vediamo che cosa sono amperora e wattora, come si lega la capacità all’energia tramite la tensione, che cos’è la densità di energia e come si confrontano le diverse chimiche.

Amperora: la capacità

La capacità di una batteria si esprime in amperora (Ah) e indica quanta carica può erogare: una cella da 3 Ah può fornire 3 A per un’ora, oppure 1 A per tre ore. È un numero comodo ma incompleto, perché non dice nulla sulla tensione. Due batterie da 3 Ah immagazzinano energie molto diverse se hanno tensioni diverse. La capacità da sola, insomma, non basta a confrontare batterie di tecnologie differenti.

Wattora: l’energia

L’energia immagazzinata si esprime in wattora (Wh) e si ottiene moltiplicando la capacità in amperora per la tensione media di scarica. È la grandezza che conta davvero, perché dice quanto «lavoro» la batteria può compiere: far andare un motore, illuminare, scaldare.

Energia (Wh) = Capacità (Ah) × Tensione (V)

Una cella litio-ione da 3 Ah a 3,7 V immagazzina circa 11 Wh; una cella al piombo da 3 Ah a 2 V solo 6 Wh, pur avendo gli stessi amperora. Ecco perché parlare solo di Ah è fuorviante: la tensione fa la differenza, e batterie con la stessa capacità nominale possono offrire energie molto diverse. Per confrontare sistemi reali si ragiona sempre in wattora, o in chilowattora (kWh) per gli accumuli e le auto. Va ricordato inoltre che la capacità nominale è misurata a un certo regime di scarica e a una certa temperatura: scaricando più in fretta o al freddo, la capacità realmente disponibile è inferiore (effetto Peukert nelle batterie al piombo), e anche la tensione cala lungo la scarica. I wattora effettivi dipendono perciò dalle condizioni d’uso, non solo dai numeri di targa.

La densità di energia

Quando contano peso e ingombro, la grandezza chiave è la densità di energia: i wattora per chilogrammo (Wh/kg) e per litro (Wh/L). È qui che le chimiche si distinguono nettamente. Il piombo-acido è pesante (poche decine di Wh/kg); il litio-ione ne offre molti di più (oltre 150–250 Wh/kg secondo la chimica). È la ragione per cui un telefono o un’auto elettrica usano litio-ione e non piombo: a parità di energia, la massa è una frazione.

Come usarle nel dimensionamento

In pratica, per dimensionare un sistema si parte dall’energia richiesta in wattora (consumo medio per tempo di autonomia), poi si scelgono tensione e capacità per ottenerla, infine si verifica che la corrente massima e la densità di energia siano compatibili con peso e ingombro disponibili. Ragionare in Wh evita l’errore tipico di confrontare batterie diverse solo per gli amperora. Conviene anche prevedere un margine: non tutta l’energia nominale è realmente sfruttabile, perché limitare la profondità di scarica allunga la vita della batteria, e l’energia disponibile cala al freddo e ad alta corrente. La velocità di erogazione e la durata nel tempo si valutano poi con il C-rate e i cicli, trattati nell’articolo collegato.

Perché conta nella pratica

Distinguere amperora e wattora è la competenza di base per leggere una scheda tecnica senza ingannarsi e per dimensionare correttamente un pacco batteria. Capire la densità di energia spiega perché certe chimiche dominano certe applicazioni e altre no, e perché un’auto elettrica usa litio-ione mentre un avviamento usa piombo. Distinguere energia e potenza, infine, evita di scegliere una cella «piena» ma incapace di erogare la corrente richiesta: un errore costoso che la sola lettura degli amperora non previene.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra amperora e wattora?

Gli amperora (Ah) misurano la carica totale che la batteria può erogare, cioè quanta corrente per quanto tempo. I wattora (Wh) misurano l’energia, e si ottengono moltiplicando gli amperora per la tensione. L’energia è la grandezza che conta davvero, perché dice quanto lavoro la batteria può compiere; gli amperora da soli non bastano per confrontare tecnologie diverse.

Come si calcola l’energia di una batteria?

Si moltiplica la capacità in amperora per la tensione media di scarica: Energia (Wh) = Capacità (Ah) × Tensione (V). Una cella da 3 Ah a 3,7 V immagazzina circa 11 Wh, una da 3 Ah a 2 V solo 6 Wh. Per i sistemi grandi si usa il chilowattora (kWh). È il modo corretto per confrontare batterie di chimiche diverse.

Che cos’è la densità di energia?

È l’energia immagazzinata per unità di massa (Wh/kg) o di volume (Wh/L). Indica quanto è leggera e compatta una batteria a parità di energia. Il litio-ione ne offre molta più del piombo-acido, ed è il motivo per cui è la scelta nei dispositivi portatili e nei veicoli, dove peso e ingombro sono critici.

Perché non si confrontano le batterie solo per gli amperora?

Perché gli amperora non tengono conto della tensione, e due batterie con gli stessi amperora ma tensioni diverse immagazzinano energie diverse. Una cella litio-ione e una al piombo da 3 Ah hanno energie molto diverse. Per un confronto corretto si ragiona in wattora, che combinano capacità e tensione nell’unica grandezza che misura l’energia.

Energia e potenza di una batteria sono la stessa cosa?

No. L’energia (Wh) è quanta ne può immagazzinare in totale; la potenza (W) è quanto velocemente la può erogare. Una batteria può avere molta energia ma poca potenza, o viceversa. Per l’autonomia di un veicolo conta l’energia, per la corrente di spunto conta la potenza. Distinguere le due grandezze evita scelte sbagliate.