Если оставить в стороне потребительский рынок, крупнейшими пользователями первичных (неперезаряжаемых) батарей являются военные, специализированные службы экстренной помощи и пожарные. Высокая плотность энергии, длительное хранение и эксплуатационная готовность - вот их сильные стороны. Перед использованием не требуется зарядки и заливки. Логистика проста, и питание от батарей может быть доступно в удаленных местах, где нет людей и нет электричества. Утилизация проста, потому что большинство первичных ячеек содержат мало токсичных материалов.

Первичные батареи имеют самую высокую плотность энергии. Хотя вторичные (перезаряжаемые) батареи улучшились, обычная бытовая щелочная батарея обеспечивает на 50% больше энергии, чем литий-ионные, одни из самых энергоемких вторичных батарей. Основная литиевая батарея, используемая в фотоаппаратах, имеет более чем в три раза больше энергии, чем литий-ионная батарея того же размера.

Рисунок 1:  Сравнение энергии аккумуляторных и неперезаряжаемых батарей.

Минусом первичных батарей является их относительно высокое внутреннее сопротивление, которое препятствует прохождению тока. Высокое внутреннее сопротивление мало влияет на питание слаботочных устройств, таких как пульт от телевизора или кухонные часы. Проблема возникает с цифровыми фотоаппаратами и другими энергоемкими устройствами. Электродрель на щелочной основе было бы немыслимо. Напряжение означало бы коллапс.

Сравнение плотностей энергии было сделано несправедливо. В то время как большинство вторичных батарей рассчитаны на разряд 1С, щелочные батареи были разряжены при токе от 25 мА до 0,8 вольт. Теперь возьмем те же батареи и запустим их под нагрузкой. Желтые полосы на рисунке 2 представляют полезную энергию, если бы батареи использовались в таком устройстве, как цифровая камера.

Рисунок 2: Сравнение энергии под нагрузкой.  Щелочь хорошо подходит для кухонных часов, но не подходит для цифровой камеры.

Номинальная емкость щелочных элементов
При умеренной нагрузке плотность энергии щелочных батарей очень высока. На рисунке 3 показаны номинальные емкости элементов AAA, AA, C, D и блока питания 9 В. Обратите внимание, что эти батареи обеспечивают указанную емкость мАч только при разрядке через высокоомную нагрузку, типичную для портативных развлекательных устройств. 

Тип батареи
Номинальное напряжение
Номинальная емкость * мАч
Отключение напряжения
Номинальная нагрузка
9 вольт
570
4,8 вольт
620 Ом
AAA
1,5 вольта
1,150
0,8 вольт
75 Ом
AA
1,5 вольта
2 870
0,8 вольт
75 Ом
C
1,5 вольта
7 800
0,8 вольт
39 Ом
D
1,5 вольта
17 000
0,8 вольт
39 Ом


Рисунок 3 : Технические характеристики промышленных щелочных батарей (любезно предоставлено Panasonic). 
* Значения мАч приведены только для справки. Фактические характеристики могут отличаться в зависимости от скорости разряда.

Оценка времени выполнения

Наиболее явным ограничением первичной батареи является ее одноразовое использование. Из-за этого стоимость мощности примерно в 30 раз выше, чем у аккумуляторов. Цена становится еще более завышенной, если пакеты заменяются после каждой миссии, независимо от продолжительности. Генерал армии США сказал, что в половине выброшенных батарей осталось 50% энергии. Широко распространено выбрасывание частично использованных батарей. Отслеживание этих стай в военном и государственном секторе отнимает много времени и неудобно. Гораздо проще выпускать свежие пачки перед каждым мероприятием.

Можно узнать состояние заряда первичных батарей. Самый простой метод - это измерение напряжения разомкнутой клеммы, но результат неточный. Увеличение внутреннего сопротивления при более низком уровне заряда добавляет к оценкам времени работы. Более эффективный метод - это подсчет исходящих единиц энергии, также известных как кулоны. Для этого требуется схема и дисплей на батарее. Из-за высокой стоимости и присущих неточностей, особенно при импульсной нагрузке, этот метод редко используется для первичных батарей. Более точное измерение уровня заряда возможно с помощью прибора для экспресс-тестирования, который проверяет химическую целостность батареи. Тест неинвазивен и занимает всего несколько секунд.

Переход на аккумуляторные батареи

В течение последних десяти лет армии и группы аварийного реагирования постепенно переходят на аккумуляторные батареи. Это стало возможным благодаря усовершенствованию технологии аккумуляторов, более совершенным методам зарядки и более доступным источникам питания. Однако самая важная причина - это стоимость. 

В армии США перезаряжаемые батареи используются преимущественно для тренировок. Чиновники сейчас изучают их пригодность для боевых задач. Перезаряжаемые аккумуляторы имеют преимущества, выходящие за рамки затрат. Во-первых, батареи можно использовать повторно и они не перегружают каналы питания. При отсутствии электроэнергии зарядка может осуществляться с помощью солнечной энергии, ветряных мельниц и ручных генераторов. Исследуется даже кинетическая сила, в которой электрический генератор встроен в подошву солдатского сапога. Перезаряжаемые батареи могут обеспечивать питание, когда невозможно поставить свежие батареи. 

Еще одно преимущество аккумуляторных батарей - низкое внутреннее сопротивление. Это позволяет использовать высокий ток по запросу, что очень важно для цифровых устройств и инструментов, требующих высоких пусковых токов. Например, электроинструменты не могут эффективно работать от щелочных батарей.
Но у аккумуляторных батарей есть свои ограничения. Помимо предельной плотности энергии, вторичные батареи имеют определенный срок хранения и теряют способность удерживать заряд по мере старения. Подобно пружине под напряжением, вторичная батарея стремится вернуться к своему наименьшему знаменателю.

Старение батареи зависит от цикличности, температуры хранения и степени заряда. Срок годности первичной батареи составляет 10 лет, а литиевые батареи служат 2-3 года при нормальном использовании. Холодное хранение при уровне заряда 40% продлевает срок службы. Батареи на никелевой основе служат 5 лет и дольше, но требуют грунтовки для восстановления рабочих характеристик после длительного хранения.

Еще один минус аккумуляторных батарей - высокий саморазряд. Батареи на основе никеля демонстрируют саморазряд 10-20% в месяц. Для литиевых и свинцовых аккумуляторов этот показатель составляет 5–10%. Саморазряд увеличивается при повышении температуры. По этой причине вторичные батареи не являются эффективным средством для длительного хранения энергии; первичные батареи подходят лучше. Аккумуляторную батарею нельзя извлекать слишком далеко от зарядного устройства. Его нужно кормить перед каждым занятием.

У вторичных батарей есть ограниченное количество циклов. Количество выполненных циклов зависит от глубины разряда, условий окружающей среды, методов зарядки и процедур технического обслуживания. Каждый химический состав батарей ведет себя по-разному с точки зрения старения и износа. 

Вторичные батареи требуют определенного уровня обслуживания. Только при периодической разрядке никелевые батареи обеспечивают рентабельное и надежное обслуживание, ожидаемое в условиях автопарка. Глубокий разряд обращает вспять кристаллическое образование (память), которое возникает, если аккумулятор на никелевой основе повторно заряжается поверх остаточного заряда. литиевые и свинцовые батареи не имеют памяти, и для проверки их работоспособности время от времени применяется разряд. Обслуживание батареи лучше всего проводить с помощью анализатора батареи.