Le celle primarie a secco dimensionalmente equivalenti hanno generalmente capacità di scarica nominali superiori rispetto alle celle NiCd delle stesse dimensioni. In tutti i formati elencati, le celle primarie offrono circa da 2,5 a 7 volte in più di capacità nominale in mAh, a seconda delle dimensioni e della corrente di prova. Tuttavia, la capacità da sola non determina l'energia utilizzabile o le prestazioni sotto carichi elevati, poiché le celle NiCd presentano un profilo di tensione di scarica più stabile e funzionano meglio in condizioni impegnative.
A parità di dimensioni fisiche, le celle primarie a secco offrono una capacità nominale iniziale sostanzialmente maggiore, mentre le celle secondarie NiCd sacrificano capacità a favore di una migliore stabilità della tensione, di una maggiore efficienza di scarica sotto carichi elevati e di migliori prestazioni alle basse temperature.
Confronto della capacità in base alle dimensioni della cella
Celle a bottone
Una cella primaria SR 48 fornisce circa 70 mAh, rispetto ai circa 10 mAh della cella NiCd KBL 8/6 dimensionalmente equivalente.
Ciò rappresenta un vantaggio di capacità delle celle primarie rispetto alle NiCd di circa 7:1, sulla base di una corrente di scarica di 1 mA.
Celle Micro o AAA
La cella primaria LR 03 ha una capacità nominale di circa 750 mAh. La cella NiCd equivalente KR 10/44 fornisce circa 180 mAh con una corrente di scarica di 18 mA.
La cella primaria fornisce quindi circa 4,2 volte la capacità nominale della cella NiCd.
Celle Mignon o AA
Una cella primaria LR 6 offre circa 1.500 mAh, mentre la cella NiCd equivalente KR 15/51 fornisce circa 500 mAh con una corrente di scarica di 50 mA.
La cella primaria ha una capacità nominale di circa tre volte superiore.
Celle Mono o D
La cella primaria LR 20 fornisce circa 10.000 mAh, rispetto ai circa 4.000 mAh della cella NiCd equivalente KR 35/62 con una corrente di scarica di 400 mA.
Il vantaggio in termini di capacità è inferiore in questo formato più grande, ma rimane pari a circa 2,5 volte a favore della cella primaria.
Perché i valori di capacità non raccontano tutta la storia
La tensione nominale è diversa
Le celle primarie a secco iniziano generalmente con una tensione nominale di 1,5 V, mentre le celle NiCd sigillate hanno una tensione nominale di circa 1,2 V.
Di conseguenza, il solo confronto dei mAh non fornisce un quadro completo dell'energia immagazzinata. Un confronto approssimativo dell'energia deve considerare anche la tensione fornita durante l'intera scarica.
I profili di tensione di scarica sono diversi
Le celle primarie mostrano normalmente una diminuzione continua della tensione, che può scendere da circa 1,5 V verso 0,9 V o 0,75 V al carico massimo.
Le celle NiCd generalmente mantengono un profilo di scarica più stabile, funzionando comunemente intorno a una tensione media di scarica vicina a 1,24 V e scendendo da circa 1,3 V verso 1,0 V in prossimità della fine della scarica.
La capacità nominale dipende dalle condizioni di prova
Le capacità indicate sono associate a correnti di scarica specifiche: da 1 mA per il confronto tra celle a bottone a 400 mA per il confronto tra celle D.
La capacità misurata a una determinata corrente non deve essere considerata una proprietà assoluta. Carichi più elevati, temperatura, tensione di interruzione e invecchiamento della cella possono modificare la quantità di carica che può essere recuperata in pratica.
Comprendere i compromessi
Le celle primarie massimizzano la capacità iniziale
Le celle primarie a secco sono generalmente la scelta migliore quando la priorità progettuale è la massima capacità per un singolo utilizzo, una lunga durata di conservazione, una bassa autoscarica e un funzionamento semplice senza un sistema di ricarica.
I loro valori nominali più elevati in mAh sono particolarmente significativi nelle applicazioni a bassa corrente, nelle quali la cella può fornire gran parte della propria capacità nominale.
Le celle NiCd gestiscono meglio le condizioni impegnative
Le celle NiCd offrono generalmente una migliore efficienza di scarica in condizioni di carico elevato e a temperature estremamente basse.
La loro curva di tensione più stabile può inoltre renderle più adatte alle apparecchiature che richiedono una tensione di funzionamento relativamente stabile, invece della massima capacità iniziale.
Il contenuto energetico non coincide con la capacità utilizzabile
Sebbene le celle primarie abbiano capacità nominali più elevate, la diminuzione della loro tensione può ridurre l'energia utile disponibile per le apparecchiature che richiedono una tensione operativa minima.
Una cella NiCd con un valore nominale in mAh inferiore può fornire una potenza più costante durante gran parte della scarica, anche se la sua carica totale immagazzinata è inferiore.
La possibilità di ricarica modifica il confronto a livello di sistema
Le celle NiCd hanno una capacità inferiore per ogni ciclo di carica, ma possono essere ricaricate ripetutamente. Per le apparecchiature utilizzate frequentemente, il confronto rilevante può riguardare l'energia fornita durante l'intera vita utile, non la capacità di una singola scarica.
Le celle primarie rimangono vantaggiose quando l'infrastruttura di ricarica non è disponibile, l'utilizzo è intermittente o una lunga durata di conservazione è più importante dell'uso ripetuto.
Errori comuni da evitare
Confrontare soltanto i valori nominali in mAh
Un confronto diretto dei mAh mostra correttamente che le celle primarie hanno una capacità di carica nominale superiore, ma non descrive completamente l'energia fornita.
Per una valutazione significativa, confrontare le curve di scarica complete, inclusi tensione, corrente, temperatura e tensione di interruzione.
Ignorare la corrente di scarica
I valori delle celle primarie e NiCd sono specificati a correnti diverse per ciascuna dimensione di cella. Un valore di capacità misurato con un carico relativamente ridotto potrebbe non prevedere le prestazioni con un carico significativamente maggiore.
Le prove dovrebbero quindi utilizzare il profilo di corrente previsto nell'applicazione.
Considerare la tensione nominale come tensione operativa
Le indicazioni 1,5 V e 1,2 V sono valori nominali, non tensioni di uscita costanti.
Un confronto corretto dovrebbe tenere conto della tensione media di scarica e del punto in cui l'apparecchiatura non è più in grado di funzionare in modo affidabile.
Scegliere la soluzione giusta per il proprio obiettivo
La cella più adatta dipende dal fatto che l'applicazione dia priorità alla capacità, alla stabilità della tensione, alle prestazioni ambientali o al riutilizzo.
- Se la priorità principale è la massima capacità per una singola scarica: Scegliere una cella primaria a secco, che negli esempi forniti offre una capacità nominale in mAh da circa 2,5 a 7 volte superiore rispetto alla cella NiCd equivalente.
- Se la priorità principale è una tensione stabile sotto carico: Scegliere una cella NiCd, il cui profilo di scarica più stabile fornisce generalmente una tensione operativa più uniforme.
- Se la priorità principale è il funzionamento con carichi elevati o a basse temperature: Valutare prima le celle NiCd, perché in genere mantengono una migliore efficienza di scarica in queste condizioni.
- Se la priorità principale è l'uso ripetuto: Scegliere le celle NiCd e valutare l'energia fornita durante l'intera vita utile, i requisiti di ricarica e la manutenzione, invece di confrontare soltanto la capacità di un singolo ciclo.
- Se la priorità principale è la caratterizzazione di laboratorio: Misurare i profili di scarica completi nell'intervallo di correnti e temperature previsto, invece di affidarsi esclusivamente ai valori nominali di capacità.
Le celle primarie massimizzano la capacità nominale, mentre le celle NiCd spesso massimizzano la stabilità di scarica e le prestazioni ripetibili a livello di sistema.
Tabella riepilogativa:
| Dimensioni della cella | Cella primaria (mAh) | Cella NiCd (mAh) | Rapporto di capacità (Primaria/NiCd) |
|---|---|---|---|
| Bottone (SR 48 vs KBL 8/6) | 70 | 10 | 7:1 |
| AAA (LR 03 vs KR 10/44) | 750 | 180 | 4,2:1 |
| AA (LR 6 vs KR 15/51) | 1500 | 500 | 3:1 |
| D (LR 20 vs KR 35/62) | 10000 | 4000 | 2,5:1 |
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