Wissen Batterieformierung Wie unterscheiden sich die Nennkapazitäten bei der Entladung zwischen maßgleichen Primär-Trockenzellen und sekundären NiCd-Zellen? Die wichtigsten Unterschiede erklärt
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Technisches Team · Kintek Solution

Aktualisiert vor 3 Monaten

Wie unterscheiden sich die Nennkapazitäten bei der Entladung zwischen maßgleichen Primär-Trockenzellen und sekundären NiCd-Zellen? Die wichtigsten Unterschiede erklärt


Maßgleiche Primär-Trockenzellen haben im Allgemeinen höhere Nennkapazitäten als NiCd-Zellen gleicher Größe. Bei den aufgeführten Baugrößen bieten Primärzellen je nach Größe und Prüfstrom etwa 2,5- bis 7-mal mehr Nennkapazität in mAh. Die Kapazität allein bestimmt jedoch weder die nutzbare Energie noch die Leistung bei hoher Belastung, da NiCd-Zellen eine flachere Entladespannungskurve aufweisen und unter anspruchsvollen Bedingungen besser funktionieren.

Bei gleichen Abmessungen bieten Primär-Trockenzellen eine deutlich höhere anfängliche Nennkapazität, während sekundäre NiCd-Zellen zugunsten einer besseren Spannungsstabilität, Entladeeffizienz unter hoher Belastung und Leistung bei niedrigen Temperaturen Kapazität einbüßen.

Kapazitätsvergleich nach Zellgröße

Knopfzellen

Eine primäre SR 48-Zelle bietet etwa 70 mAh, verglichen mit ungefähr 10 mAh bei der maßgleichen KBL 8/6 NiCd-Zelle.

Dies entspricht einem ungefähren Kapazitätsvorteil von 7:1 zugunsten der Primärzelle gegenüber NiCd, basierend auf einem Entladestrom von 1 mA.

Micro- oder AAA-Zellen

Die primäre LR 03-Zelle ist mit etwa 750 mAh angegeben. Die entsprechende KR 10/44 NiCd-Zelle bietet bei einem Entladestrom von 18 mA etwa 180 mAh.

Die Primärzelle bietet somit ungefähr das 4,2-Fache der Nennkapazität der NiCd-Zelle.

Mignon- oder AA-Zellen

Eine primäre LR 6-Zelle bietet etwa 1.500 mAh, während die entsprechende KR 15/51 NiCd-Zelle bei einem Entladestrom von 50 mA ungefähr 500 mAh liefert.

Die Primärzelle hat damit ungefähr die dreifache Nennkapazität.

Mono- oder D-Zellen

Die primäre LR 20-Zelle bietet etwa 10.000 mAh, verglichen mit ungefähr 4.000 mAh bei der entsprechenden KR 35/62 NiCd-Zelle und einem Entladestrom von 400 mA.

Der Kapazitätsvorteil ist bei diesem größeren Format geringer, beträgt zugunsten der Primärzelle jedoch weiterhin etwa das 2,5-Fache.

Warum Kapazitätsangaben nicht die ganze Geschichte erzählen

Die Nennspannung ist unterschiedlich

Primär-Trockenzellen beginnen typischerweise mit einer Nennspannung von 1,5 V, während verschlossene NiCd-Zellen eine Nennspannung von ungefähr 1,2 V aufweisen.

Ein Vergleich allein anhand der mAh-Werte ermöglicht daher keinen vollständigen Vergleich der gespeicherten Energie. Für einen groben Energievergleich muss auch die während der Entladung abgegebene Spannung berücksichtigt werden.

Die Entladespannungskurven unterscheiden sich

Primärzellen zeigen normalerweise einen kontinuierlichen Spannungsabfall, der unter maximaler Belastung von etwa 1,5 V auf 0,9 V oder 0,75 V fallen kann.

NiCd-Zellen halten im Allgemeinen eine flachere Entladekurve aufrecht. Ihre mittlere Entladespannung liegt häufig bei etwa 1,24 V, wobei die Spannung gegen Ende der Entladung von ungefähr 1,3 V auf etwa 1,0 V abfällt.

Die Nennkapazität hängt von den Prüfbedingungen ab

Die angegebenen Kapazitäten beziehen sich auf festgelegte Entladeströme: von 1 mA beim Vergleich der Knopfzellen bis zu 400 mA beim Vergleich der D-Zellen.

Eine bei einem bestimmten Strom gemessene Kapazität sollte nicht als absolute Eigenschaft betrachtet werden. Höhere Belastungen, die Temperatur, die Abschaltspannung und das Alter der Zelle können die praktisch entnehmbare Ladungsmenge verändern.

Die Kompromisse verstehen

Primärzellen maximieren die anfängliche Kapazität

Primär-Trockenzellen sind im Allgemeinen die bessere Wahl, wenn die Priorität auf maximaler Kapazität bei einmaliger Nutzung, langer Lagerfähigkeit, geringer Selbstentladung und einfachem Betrieb ohne Ladesystem liegt.

Ihre höheren mAh-Nennwerte sind besonders bei Anwendungen mit niedrigem Strom relevant, bei denen die Zelle einen großen Teil ihrer Nennkapazität bereitstellen kann.

NiCd-Zellen bewältigen anspruchsvolle Bedingungen besser

NiCd-Zellen bieten typischerweise eine bessere Entladeeffizienz unter hohen Belastungen und bei extrem niedrigen Temperaturen.

Ihre flachere Spannungskurve kann sie außerdem für Geräte geeigneter machen, die eine relativ stabile Betriebsspannung und nicht die höchstmögliche Anfangskapazität benötigen.

Energieinhalt ist nicht identisch mit nutzbarer Kapazität

Obwohl Primärzellen höhere Nennkapazitäten aufweisen, kann ihre abfallende Spannung die für Geräte mit einer Mindestbetriebsspannung verfügbare nutzbare Energie reduzieren.

Eine NiCd-Zelle mit einem niedrigeren mAh-Nennwert kann über einen großen Teil ihrer Entladung eine gleichmäßigere Leistung liefern, obwohl ihre insgesamt gespeicherte Ladung geringer ist.

Die Wiederaufladbarkeit verändert den Vergleich auf Systemebene

NiCd-Zellen haben pro Ladung eine geringere Kapazität, können jedoch wiederholt aufgeladen werden. Bei häufig genutzten Geräten kann der relevante Vergleich daher die über die Lebensdauer abgegebene Energie sein und nicht die Kapazität einer einzelnen Entladung.

Primärzellen bleiben vorteilhaft, wenn keine Ladeinfrastruktur verfügbar ist, die Nutzung nur sporadisch erfolgt oder eine lange Lagerfähigkeit wichtiger ist als die wiederholte Nutzung.

Häufige Fehler, die vermieden werden sollten

Nur die nominalen mAh-Werte vergleichen

Ein direkter Vergleich der mAh-Werte zeigt zwar korrekt, dass Primärzellen eine höhere Nennkapazität aufweisen, erfasst jedoch nicht vollständig die abgegebene Energie.

Für eine aussagekräftige Bewertung sollten die vollständigen Entladekurven einschließlich Spannung, Strom, Temperatur und Abschaltspannung verglichen werden.

Den Entladestrom ignorieren

Die Werte für Primär- und NiCd-Zellen sind für jede Zellgröße bei unterschiedlichen Strömen angegeben. Eine bei relativ geringer Belastung gemessene Kapazität sagt möglicherweise nichts über die Leistung bei einer deutlich höheren Belastung aus.

Die Prüfung sollte daher mit dem in der Anwendung erwarteten Stromprofil erfolgen.

Die Nennspannung als Betriebsspannung behandeln

Die Angaben 1,5 V und 1,2 V sind Nennwerte und keine konstanten Ausgangsspannungen.

Ein angemessener Vergleich sollte die mittlere Entladespannung und den Punkt berücksichtigen, an dem das Gerät nicht mehr zuverlässig betrieben werden kann.

Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen

Die geeignete Zelle hängt davon ab, ob die Anwendung Kapazität, Spannungsstabilität, Umweltleistung oder Wiederverwendung priorisiert.

  • Wenn Ihr Hauptziel die maximale Kapazität bei einmaliger Entladung ist: Wählen Sie eine Primär-Trockenzelle, die in den genannten Beispielen ungefähr das 2,5- bis 7-Fache der Nennkapazität in mAh einer gleichwertigen NiCd-Zelle bietet.
  • Wenn Ihr Hauptziel eine stabile Spannung unter Belastung ist: Wählen Sie NiCd, da die flachere Entladekurve im Allgemeinen eine gleichmäßigere Betriebsspannung liefert.
  • Wenn Ihr Hauptziel der Betrieb bei hoher Belastung oder niedrigen Temperaturen ist: Prüfen Sie zunächst NiCd, da diese Zellen unter solchen Bedingungen typischerweise eine bessere Entladeeffizienz beibehalten.
  • Wenn Ihr Hauptziel die wiederholte Nutzung ist: Wählen Sie NiCd und bewerten Sie die über die Lebensdauer abgegebene Energie, den Ladebedarf und die Wartung, anstatt nur die Kapazität eines einzelnen Ladezyklus zu vergleichen.
  • Wenn Ihr Hauptziel die Laborcharakterisierung ist: Messen Sie vollständige Entladeprofile über die vorgesehenen Strom- und Temperaturbereiche, anstatt sich ausschließlich auf nominale Kapazitätsangaben zu stützen.

Primärzellen maximieren die Nennkapazität, während NiCd-Zellen häufig die Entladestabilität und die wiederholbare Leistung auf Systemebene maximieren.

Zusammenfassungstabelle:

Zellgröße Primärzelle (mAh) NiCd-Zelle (mAh) Kapazitätsverhältnis (Primärzelle/NiCd)
Knopfzelle (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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