Tralascerò quelle al piombo che sono decisamente poco portatili, sebbene per certi versi le più "buone" (per certi versi somigliano alle Li-Ion, ed hanno una bassissima resistenza interna).
Ni-Cd (Nichel Cadmio)
Sono le più vecchie, più pesanti e più soggette all'effetto memoria; ormai nessun telefono nuovo viene venduto con esse; tuttavia, sono ancora reperibili come ricambi. La maggior parte delle mie esperienze l'ho fatte con queste batterie. Il motivo per considerarle superate non è, secondo me, l'effetto memoria, ampiamente sopravvalutato, ma semmai la loro scarsa ecologia, e la minore capacità. Peraltro, una batteria al Ni-Cd costa poco ed è robusta molto più delle altre, sopportando surriscaldamenti e scariche violente molto meglio di qualsiasi altra, oltre ad avere una tensione praticamente costante dall'inizio alla fine della scarica. Le Ni-Cd, inoltre, conservano tuttora il primato dello “spunto”, essendo in grado di fornire potenze molto elevate nell'arco anche di pochi minuti – in altre parole la loro resistenza interna è la puù bassa di ogni altra (vedi più avanti). A tutt’oggi è impensabile usare una Li-Ion nel modellismo a questo scopo.
Le Ni-Cd hanno una tensione di 1,2 volt; questo può essere un problema per certe apparecchiature; non un telefono cellulare, che è nato per funzionare con le batterie ricaricabili, ma ad esempio lettori portatili, radio, lampade; a questa tensione, infatti, una pila non ricaricabile è praticamente scarica, ed il progettista dell'apparecchiatura potrebbe aver previsto che si spenga o funzioni male.
Molte batterie Ni-Cd per cellulari attualmente considerate "troppo grosse" hanno il vantaggio di contenere elementi cilindrici, ampiamente reperibili in commercio, per cui è possibile con un po' di pazienza aprirle e sostituire gli elementi contenuti, ottenendone una batteria nuova con pochissimi soldi. Un elemento da 1300 mAh a ricarica rapida, reperibile senza eccessive difficoltà, costa ormai circa 3 Euro; una batteria nuova "rigenerata", di 5 elementi costa quindi 15 Euro! Una batteria Ni-Cd dunque può essere l'ideale come scorta per evitare di rimanere "a terra" in qualsiasi situazione. Se poi si dovesse rovinare per il troppo poco uso, poco male; tanto non costa un gran che...
Come ricaricarle: la ricarica va effettuata sostanzialmente a corrente costante: se attaccate una batteria ad un classico alimentatore a tensione costante, la corrente iniziale a batteria scarica può essere tanto violenta da danneggiare o distruggere la batteria (essenzialmente per surriscaldamento, oppure la ricarica può interrompersi ad un certo livello se la tensione non è abbastanza alta. Se la corrente di carica è inferiore a 0,1C (carica lenta - vedi più avanti), la ricarica può continuare a tempo indefinito; se è maggiore (carica veloce o rapida), diventa fondamentale che la ricarica venga interrotta a batteria piena; in caso contrario si sviluppano molti gas (essenzialmente idrogeno, in realtà), e la batteria si surriscalda fino a danneggiarsi. Ci sono diversi modi per fermare la ricarica: il modo più semplice è di interromperla dopo un certo tempo; ma questo presuppone sia che la batteria sia caricata a partire dalla completa scarica, sia di conoscere esattamente la sua capacità ci sono molti altri modi, come misurare la tensione (che a fine carica è di circa 1,4 volt, ma è un valore che cambia con l'invecchiamento della batteria), o rilevare un repentino e lieve calo di tensione che si verifica sempre nelle Ni-Cd al termine della carica (metodo detto "delta-V negativo") il metodo più semplice ed efficace, comunque, è quello di misurare l'aumento di temperatura causato dal termine della carica, visto che la corrente che continua a fluire va semplicemente dispersa in calore.
Ni-Mh (Idrato di Nichel)
Sono state lanciate proprio come batterie prive di effetto memoria, però offrono anche una capacità significativamente superiore alle Ni-Cd; per contro hanno difetti, che sono stati parzialmente corretti dall'evoluzione della tecnologia. Per prima cosa hanno una vita più limitata - 400 cicli carica/scarica nominali contro i 500 delle Ni-Cd. Poi sono più delicate: sopportano male la sovraccarica ed il conseguente surriscaldamento. Hanno una tensione d'uscita che cala durante la scarica molto più delle Ni-Cd, una resistenza interna maggiore (anche se lievemente), che abbassa ulteriormente la tensione d'uscita sotto carico; sui telefoni vecchi questo causa una segnalazione di "batteria scarica" prematura, con spegnimenti improvvisi e riduzione della vita della batteria (vedere cosa mi è successo con un vecchio Cityman). Si trovano ormai comunemente in commercio sotto forma elementi cilindrici, con capacità fino a 1900 mAh per il formato AA (stilo); nei "telefonini" appena meno antichi però, si usa molto il formato "chewin-gum", a parallelepipedo, che solo da poco ho cominciato a trovare anche in vendita sfuso, a prezzi decisamente maggiori. Lati positivi: sono molto meno inquinanti (non contengono cadmio, inquinante difficile da smaltire), hanno una maggiore potenza a parità di volume, e non hanno - per l'appunto - il famigerato effetto memoria.
Come ricaricarle: La ricarica delle Ni-Mh può normalmente effettuarsi con lo stesso metodo delle Ni-Cd, con l'accortezza che il metodo "delta-V negativo" non funziona con questo tipo di batterie; anche la tensione che indica la fine carica in genere è leggermente diversa. Così, prima di usare un caricabatterie per Ni-Cd con delle Ni-Mh occorre verificare che sia compatibile con queste ultime. Ovviamente il problema riguarda i modelli a carica veloce o rapida; per quelli lenti non c'è alcuna differenza.
Li-Ion (Ioni di Litio) e Li-Polymer (Polimeri di Litio)
Le batterie al litio (non ricaricabili) esistono già da decenni, ed offrono capacità più che doppie delle normali alcaline; la loro versione ricaricabile, sviluppata da pochi anni, è ormai diventata di equipaggiamento comune su tutti i telefoni dell'ultima generazione così come su molti “gingilli” portatili. Rispetto alle precedenti, offrono un peso inferiore a parità di capacità, ed una tensione per elemento di quasi 4 volt, permettendo di ridurre il numero di elementi, quindi ancora una volta le dimensioni: oggi una “batteria” è composta in effetti da un solo elemento da 3,6 volt, tensione sufficiente per un telefono di oggi (anziché i 7,2 o 6 di quelli dei primi anni ’90).
Molto spesso trovate l'indicazione, anziché "Li-Ion", "Li-Polymer", polimeri di Litio. Ho letto che le attuali "Li-Polymer" non sono propriamente tali; si tratta in realtà di ibridi, Li-Ion con elettrolita in gel, che sono più sagomabili delle Li-Ion normali; le "vere" Li-Polymer esistono, ma funzionano solo a temperature di circa 60°; si sta lavorando per portarle a temperature ambiente, dando vita così ad una nuova generazione di ricaricabili ancora più prestazionali.
Ho usato le Li-Ion per oltre 4 anni su due cellulari, ed oggi ho anche un calcolatore palmare con questa batteria; debbo dire che, nonostante la mia iniziale diffidenza, rispetto alle Ni-qualcosa hanno un comportamento ottimo sebbene diametralmente opposto, una discreta resistenza all’usura, ed inoltre brillano per l'autoscarica è quasi inesistente. Una l’ho utilizzata per quasi tre anni, poi, quando cominciava a mostrare marcati segni di cedimento (durata ridotta di circa 1/3) l’ho sostituita con un’altra, conservando la prima per le “emergenze”; ebbene, potevo lasciarla abbandonata per mesi per poi utilizzarla senza che la sua carica fosse minimamente calata. Una Ni-* usurata, invece, nel giro di qualche mese sarebbe stata completamente scarica, e difficilmente sarebbe "resuscitata" se ricaricata.
Non solo non soffrono di effetto memoria, ma ne è suggerita la ricarica più frequente possibile; è chiaro che, a questo punto, il concetto di “durata in numero di ricariche” diventa molto labile; e comunque, data la maggiore capacità, la necessità di ricarica è molto meno frequente e quindi, in pratica, la durata è molto maggiore delle Ni-*.
Un'informazione che ho captato di recente è che le batterie al Litio hanno una sorta di "orologio biologico" che consente loro una vita limitata nel tempo. In pratica, c'è un fenomeno di degenerazione progressivo, che tra l'altro è tanto più marcato quanto più la batteria è carica, che inizia nel momento stesso della costruzione e prosegue inesorabile, indipendentemente dall'uso che se ne fa; le batterie di produzione attuale, a piena carica, durerebbero circa cinque anni, prima di degenerarsi. Per ridurre questo fenomeno le batterie vengono prodotte non completamente cariche, ma a meno del 40% della capacità; in queste condizioni la degenerazione è molto più lenta, e possono venir stoccate anche per mesi prima della vendita senza particolari danni.
Non sono in grado di confermare o di smentire questi dati; certo, se i cinque anni sono un tempo minimo, non è frequente, con l'attuale evoluzione della tecnologia, che la durata dell'apparato utilizzatore superi quella della batteria; non mi pare quindi un problema di cui preoccuparsi troppo.
I lati negativi: in primo luogo il prezzo, che una volta era proibitivo (oltre 300 Euro per la prima batterie Motorola che ho visto in commercio!) ma ormai è solo leggermente superiore alle Ni-Mh a parità di capacità. Si tratta, comunque, di batterie ancora più delicate delle equivalenti al Nichel, ed hanno anche una resistenza interna maggiore; sono quindi sconsigliate per utilizzatori che richiedono forti correnti. Come vedremo, questo potrebbe essere il caso dei cellulari. Altro punto “critico” delle batterie al litio è che non vanno mai, per nessuna ragione, scaricate fin in fondo; ciò causerebbe loro un danno irreversibile! Ma non entrate nel panico: oltre al fatto che il telefono si spegne automaticamente molto prima, addirittura quasi tutte integrano al loro interno un disgiuntore elettronico di protezione che le interrompe quando la tensione scende sotto una certa soglia; per fortuna oggi gli interruttori MOSFET di potenza costano poco ed hanno prestazioni eccellenti, così questo difetto diventa praticamente inesistente. Potrebbe così succedere che una batteria nuova, appena inserita nel cellulare, sembri completamente morta; in realtà, quello che è successo è che la sua tensione è tanto bassa che la protezione è intervenuta; per sbloccarla occorre tenerla sotto carica per alcune ore, e dapprima si sbloccherà (ci vogliono a volte ore, poi comincierà la ricarica vera e propria. Lo stesso interruttore elettronico può intervenire anche in caso di sovraccarica (oltre una certa tensione), di sovratemperatura, o in caso di cortocircuito; addirittura, in caso di calo molto marcato della tensione, il blocco può deliberatamente divenire permanente, per evitare di continuare ad utilizzare una batteria danneggiata.
Perché precauzioni così paranoiche? Perché le batterie al litio sono a rischio di esplosione! Il litio, infatti, è un metallo estremamente reattivo, che allo stato puro si combina violentemente e facilmente con altri elementi. Il motivo per cui le batterie sono agli "ioni" di litio, e non al litio puro, è proprio questo: una batterie al litio puro funziona meglio, ma è troppo pericolosa. Legando il litio al manganese od al cobalto si peggiora un po' la batteria, ma calano drasticamente i rischi. Putroppo, però, le batterie che contengono cobalto, se sovravvaricate, formano depositi di litio metallico su un elettrodo; e questo può diventare pericoloso. Recentemente (feb. 2003) la trasmissione "Mi manda Raitre" ha parlato di un caso di esplosione di una batteria per cellulare "compatibile". Di episodi del genere ne ho sentiti almeno un altro paio, in tutto il mondo. Le immagini televisive erano piuttosto eloquenti: il corpo del telefono grosso modo sano, la batteria completamente disintegrata; certamente è possibile farsi male seriamente in questo modo. Non è facile capire se il problema sia causato da una costruzione "al risparmio" oppure ad una serie di cause incidentali indipendenti dalla qualità della batteria. Certo è che la fase critica, putroppo, non è solo la ricarica, poiché le esplosioni sono avvenute mentre il cellulare era nella tasca del proprietario. Un cortocircuito? Una scarica violenta dovuta alla condensazione di sudore tra i contatti? Un guasto al telefono? Non lo sappiamo ancora; e comunque, la protezione, se c'era, sarebbe dovuta intervenire. Seguirò la vicenda e se ci saranno maggiori indicazioni ve lo farò sapere; per il momento, consiglio solo di diffidare fortemente dalle batterie troppo economiche; si rischia qualcosa più di buttare via un po' di soldi. Certo, predico bene e razzolo male: prima di sapere di questo problema, ho comprato una batteria aggiuntiva a basso costo; ora la utilizzo solo come ricambio di emergenza... L'unica cosa che mi tranquillizza è, oltre alla effettiva rarità di questi episodi, paradossalmente il fatto che, a batteria carica, mi si spegne il cellulare; questo vuol dire che un rilevatore di sovraccarica c'è e funziona davvero; speriamo che sia sufficiente a proteggerla(mi)!
Come ricaricarle: La ricarica delle Li-Ion è molto diversa dalle Ni-*: mentre queste vanno caricata a corrente costante, le batterie al Litio vanno caricate a TENSIONE costante, tensione che va fornita in maniera estremamente precisa (circa l'1%); ci pensano loro a regolare la corrente, assorbendo di più all’inizio, poi sempre meno, fino a rifiutarla (e con questo sistema ci si accorge che la ricarica è completa). A dirla tutta, se la batteria è molto scarica, all'inizio potrebbe assorbire molta corrente; conviene quindi che il caricabatterie includa un limitatore di corrente; si trattera quindi di un caricabatterie a corrente e tensione costante. Anche a causa delle tensioni completamente diverse, i caricabatterie per le Ni-qualcosa qui sono completamente inutilizzabili. La ricarica, in effetti, risulterà formata di due fasi: nella prima la tensione sale gradualmente, la corrente costante, fino a raggiungere la tensione nominale; nella seconda la tensione è costante, e man mano la corrente cala fino a ridursi a zero. La prima fase, a batteria scarica, dura circa due ore, e raggiunge circa il 60-70% della carica; la seconda in genere dura altre 3-5 ore. è molto difficile, oltre che pericoloso, accorciare i tempi di ricarica, impiegando ad esempio impulsi di corrente; molti caricabatterie "rapidi" in realtà si fermano poco dopo la prima fase.
Alcaline ricaricabili
Di recente apparizione sono le batterie alcaline ricaricabili; sebbene non le abbia mai viste usate nei cellulari, ne parlo perché molti me l’hanno chiesto. Chi dispone di un telefono che ha un pacco batterie che si può riempire con pile tradizionali (grande comodità!), può fare una prova e farmelo sapere...
Come le alcaline normali, la tensione per cella è di 1,5 volt, e questo è utilissimo per apparecchi “schizzinosi”, che si rifiutano di funzionare con gli 1,2 delle Ni-Qualcosa; la capacità, per una AA (stilo) è di 1500 mAh: circa la metà di una alcalina non ricaricabile, paragonabile ad una Ni-Mh scadente, ma con tensione più elevata (quindi più energia). Rispetto a quest'ultima, la resistenza interna è più elevata; questo vuol dire che, con utenze “pesanti” (lampade, modellini) le prestazioni sono notevolmente inferiori, così come la durata; va molto meglio se l'oggetto da alimentare consuma poco (es. un orologio). Una cosa molto importante da tenere presente quando si impiega questo tipo di batteria è che la sua capacità, già non troppo elevata come abbiamo detto, viene ridotta pesantemente dopo ogni scarica "a fondo"; è molto meglio quindi scaricare poco la batteria (circa 1/3 della capacità) e procedere subito alla sua ricarica. Se non fate così già dopo la 25esima ricarica la batteria sarà quasi inutilizzabile (ed in ogni caso vi sarete ampiamente rifatti del suo costo - avrete risparmiato di acquistarne circa 10).
Come ricaricarle: La ricarica assomiglia molto a quelle al Li-ion: si effettua a tensione costante, tempo di ricarica completa intorno alle 5-8 ore. Volendo effettuare una ricarica rapida occorre un apposito caricabatterie ad impulsi, controllato elettronicamente, che impiega circa un'ora; non ne ho mai visti, e non so quanto costino. La vita dichiarata è di 100-500 cicli di carica-scarica, come abbiamo visto dipendenti da quanto le si scarichino; si può scendere anche sotto i 100 cicli, ma i 500 probabilmente sono un po' utopici. La "morte" della batteria non avviene tanto per calo di tensione, ma più che altro per la capacità che si accorcia fino ad azzerarsi. Altra caratteristica simpatica delle alcaline ricaricabili è la bassa autoscarica; analogamente alle Li-ion potete lasciarle per anni in un cassetto, e le ritroverete quasi completamente cariche.
Da qualche tempo (agosto 2002) mi sono attrezzato con uno “stock” di queste batterie, che non ho però utilizzato in modo pesante; appena possibile vi farò sapere come funzionano. C’è anche chi dice che la tecnologia di queste batterie non è in fondo molto diversa dalle alcaline non ricaricabili, e che nel giro di poco tempo tutte le alcaline in vendita dovrebbero diventare ricaricabili. Se fosse così, vorrebbe dire che il problema della maggiore resistenza interna sarebbe risolto. Francamente non ne sono troppo convinto.
