18650: un numero, tante batterie!

Introduzione

Questo articolo nasce da una spiacevole esperienza con una serie di pile al litio. Avevo bisogno di creare un “battery-pack” per alimentare un faretto a led sulla mia bicicletta. Dato l’uso mobile saltuario, la tecnologia al litio è probabilmente la più indicata: compatta, leggera, con una bassa autoscarica: basta quindi con trovare le batterie sempre a terra nel momento in cui servono! E così, cercando un poco una soluzione veloce e conveniente ho acquistato quattro batterie formato 18650 con una capacità dichiarata di ben 12Ah: ma come vedremo nel prosieguo, la realtà era ben altra!

Prima di addentrarci nella storia, mi preme sottolineare come questo articolo non voglia mettere all’indice o promuovere alcun marchio o soluzione tecnica ma solo condividere una esperienza ed alcune conoscenze acquisite per la comune utilità.

Le batterie 18650

Dietro a questo numero si cela un mondo di differenti batterie al litio il cui comune denominatore sono la forma cilindrica e le dimensioni che si aggirano sui 65mm di lunghezza per 18 di diametro (da cui il nome 18_65_0).

Questo tipo di batteria ricaricabile è molto comune e diffusa nei pack per PC portatili ma, anche e sempre più, trova applicazioni differenti quali biciclette elettriche, giocattoli, lampade portatili, sigarette elettroniche.

Per migliorare l'affidabilità della singola cella, nei modelli migliori sono integrati dei circuiti di protezione che controllano e limitano la massima corrente erogata, la minima tensione di scarica e la massima tensione di ricarica. Per alloggiare i circuiti di protezione, talvolta la lunghezza dell’elemento può incrementare da 2mm a 5mm, nel qual caso si dovrebbe più correttamente parlare di formato 18700: la standardizzazione del prodotto è ancora poco osservata specie dai costruttori minori.

Le misure

Torniamo alla mia esperienza. Le batterie che avevo scelto sono rappresentate nell’immagine in titolo e marcate GIF™, acquistate sul web a buon prezzo. Non mi aspettavo grandi prestazioni, certo non credevo ai 12Ah dichiarati ma mi attendevo almeno i 2Ah che “tutte le 18650” dovrebbero avere ed ero quindi ottimista che avrebbero fatto al caso mio.

Preparato il pacco di quattro con il relativo circuito di protezione, iniziavo qualche banale test a banco. Il dubbio e la delusione non tardarono molto ad arrivare. L’autonomia del faretto era di pochi minuti in luogo delle ore previste a calcolo. Controllato tutto, verificato il circuito di carica, protezione ed equalizzazione, non mi rimaneva che approfondire l’analisi delle batterie. Caricate una ad una secondo i migliori metodi e provate con scarica costante da 200mA (meno di un decimo della capacità minima attesa!), la capacità reale non arrivava mai nemmeno a 500mAh!! La curva sotto riportata esprime più di ogni parola la situazione.

Decisamente qualcosa non era come atteso e dichiarato.

Approfondimento dell’analisi sulle mie batterie

Deluso ed amareggiato, ho deciso di approfondire ulteriormente l’indagine misurando il peso di ogni singola batteria e trovandolo di circa 25g complessivi, dati dalla somma di 13g di parte attiva e 12 di contenitore ed etichetta. Questo dato sarà utile nell’analisi comparativa presentata nel prossimo capitolo.

Con tutte le precauzioni del caso, ho deciso di aprire allora un elemento per verificarne il reale contenuto. Ecco cosa ho trovato:

Decisamente le mie batterie risultano “vuote” e di fattura “artigianale”. Per convincersene, basti guardare per paragone l’immagine sottostante di un elemento “equivalente”:

Illustrazione 4: Vista di una cella 18650 prima del confezionamento finale. Fonte: wikipedia

L’analisi del mercato

Appurato che nelle celle che avevo acquistato “c’era qualcosa che non andava”, tanto per usare un eufemismo, vediamo se e quali dati dichiarati da altri costruttori e marchi possono aiutarci a capire in anticipo la reale qualità del prodotto trattato ed indirizzarci verso un acquisto meno rischioso. Per questa analisi ci avvarremo di una tecnica nota come “price/gram” o “unit/cost”, utile a mettere in evidenza elementi “fuori dal coro”. Prima di vedere i dati raccolti dal mercato, riassumiamo alcuni dati caratteristici medi della tecnologia riportati da Wikipedia.

Fonte dati: Wikipedia

Prendendo per aggiornate e direttamente applicabili al nostro caso dette informazioni possiamo fare alcune previsioni su cosa dovremmo trovare sul mercato. Il volume utile per la parte attiva di una cella 18650 è di circa 13600mm3 o 0,0136dm3. Da questo, possiamo stimare che una batteria dovrebbe avere indicativamente una capacità compresa fra 0,92Ah e 2Ah. Valori molto distanti da questi devono insospettire. Di pari passo, una cella dovrebbe pesare qualcosa compreso nell’intervallo 17-49g di parte attiva, più contenitore ed etichetta, valutato in circa 11-13g.

Questo premesso come primo metro di valutazione, vediamo i dati dichiarati e rinvenuti su una quindicina di modelli presi da siti di vendita on-line.

Per evitare di farci condizionare da aspetti commerciali, marca e modello di ogni prodotto preso in considerazione viene sostituito da un numero progressivo.

Le colonne di costo e capacità, ci danno già qualche spunto di riflessione, ma tutto diventa molto più chiaro calcolando i due parametri indicati nelle due colonne a destra:

• Wh/kg cioè Energia specifica per unità di massa

• €/Ah cioè costo per unità di capacità

Mettiamo in grafico i due parametri appena citati:

Dalla rappresentazione, possiamo subito individuare tre gruppi che arbitrariamente ho identificato con “stellina blu”, “stellina gialla”, “bandierina rossa”.

Il gruppo di sinistra, in blu, che segue circa una linea verticale è quello delle batterie che hanno una densità specifica di energia “compatibile” con la tecnologia usata, cioè compresa fra circa 200 e 300Wh/kg. Il loro prezzo per unità di carica è molto variabile ma occorre notare che:

• non scende mai sotto gli 0,7€/Ah

• la capacità non è tutto in una batteria: ad esempio la corrente massima di scarica è un fattore importante e che incide significativamente sul costo

• sicuramente i canali di vendita considerati hanno politiche di prezzi non perfettamente sovrapponibili

Beh, senza fare nomi, a questo gruppo appartengono tutte batterie di noti costruttori primari. Sarà un caso, forse no..

Un po’ più a destra nel grafico vi è il gruppo giallo, caratterizzato dal dichiarare una densità di energia anche doppia rispetto al primo gruppo (600Wh/kg), il tutto associato ad un prezzo unitario sempre inferiore al gruppo blu. La situazione appare perlomeno “curiosa”:

• passi che ci sia chi riesce con tecnologie innovative ad aumentare la densità di energia immagazzinata: di solito il top di gamma, costa...

• passi che ci sia chi riesce a far costare particolarmente poco il proprio oggetto: questo di solito accade con prodotti molto consolidati e di prestazioni inferiori alla media, quando non si hanno più leve commerciali

ma che ci sia chi riunisce le due condizioni, beh.. sembra veramente poco credibile! Non possiamo dai dati disponibili censurarle o promuoverle a priori.. certo approcciarle in maniera “sospettosa” può essere il comportamento più corretto. A questo gruppo appartengono marchi “meno noti”..

Per finire, la bandierina rossa.. in basso a destra nel grafico: costo unitario minimo e densità di potenza dichiarata altissima.. Siamo all’estremizzazione di quanto discusso poc’anzi. Guarda caso quella bandierina se la aggiudica il gruppo di batterie che avevo acquistato e che per il loro deludente comportamento avevo iniziato ad analizzare. Il cerchio si è chiuso..

Una nota sul peso: anche quello è un parametro importante per valutare sulla carta le reali proprietà di un accumulatore. I dati rintracciati in rete non sembrano dare piena ragione a questa tesi, ma è vero che almeno per le batterie GIF peso reale e dichiarato non combaciavano..

Conclusioni

Tutta la storia, credo possa essere riassunta in poche parole:

• nessuno regala nulla e proprio chi pare offrire prestazioni “oltre la media” se non “eccezionali” è più probabile che invece ne sia molto al di sotto.

• Ad oggi, per avere una batteria 18650 in cui riporre fiducia occorre preventivare una spesa di almeno 0,7€/Ah di capacità. Condizione ovviamente necessaria ma non sufficiente direi..

• La tecnologia corre veloce e ce lo dimostrano ad esempio i dati di Wikipedia, ottima base di partenza ma già un poco superata dalla realtà dei migliori costruttori

• Il peso può aiutare a scremare le “occasioni incredibili”. Attenzione che non sempre il dichiarato coincide col reale, quindi una valutazione solo sulla carta può non essere efficace.

In conclusione, sembra purtroppo ripetersi quanto occorso negli ultimi anni col silicio, dove dispositivi di ogni sorta venivano marcati come dispositivi pregiati e come tali venduti. L’accortezza di allora non deve mai abbandonarci, specie in un campo delicato ma forse più verificabile come quello delle batterie al litio.

Per concludere la storia, ho acquistato 4 batterie del “primo gruppo”, senza esagerare nei costi. Ecco la prova comparativa di scarica e capacità, dove la traccia rossa è quella delle prime batterie discusse nel testo e in verde le ultime acquistate. Direi senza tema di smentita che non c’è confronto con un rapporto di quasi 9:1 nelle prestazioni. Chi più spende, meno spende si diceva un tempo: pare in questo caso sia molto vero..

Buone ricariche a tutti!

Bibliografia

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lithium-Ion_Cell_cylindric.JPG

https://it.wikipedia.org/wiki/Accumulatore_litio-ferro-fosfato