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Batterie

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Unter dem Begriff Batterie versteht man eine galvanische Zelle, welche in der Technik und Elektronik zur Speicherung elektrischer Energie dient. Zur Erhöhung der Nennspannung einer Batterie können mehrere Zellen innerhalb eines Batteriegehäuses in Reihe geschaltet sein.

Beispielabbildung Batterie



Funktionsweise

Eine Batterie ist ein Energiespeicher, in der chemische Energie gespeichert ist, welche bei Anschluss eines elektrischen Verbrauchers in elektrische Energie umgewandelt wird. Gewöhnliche Batterien (wie beispielsweise Zink-Kohle-Batterien) nennt man auch Primärzellen, da diese nicht wieder aufladbar sind, weil sich die chemischen Prozesse in einer entladenen Primärbatterie im Gegensatz zu Akkus (auch als Sekundärzellen bezeichnet) nicht einfach wieder umkehren lassen. Primärbatterien müssen daher nach Ihrer Verwendung umweltgerecht (nicht in den Hausmüll) entsorgt werden.


Verwendung

Batterien werden in der Regel verwendet, um Geräte mit kleinem Stromverbrauch netzunabhängig verwenden zu können. Da Primärbatterien eine äußerst geringe Selbstentladung aufweisen, kommen diese häufig in Geräten zum Einsatz, die entweder über einen langen Zeitraum nur sehr wenig Energie verbrauchen (zum Beispiel Uhren, Herzschrittmacher, Rauchmelder) oder in Geräten, die nur während einer aktiven Nutzung Strom verbrauchen und dann wieder ausgeschaltet werden (zum Beispiel in elektrischem Kinderspielzeug, Radios, Taschenlampen). Wenn über lange Zeiträume regelmäßig relativ viel Energie benötigt wird, lohnt sich meistens die Anschaffung von Akkus, da diese wieder aufgeladen und somit mehrfach verwendet werden können.


Selbstentladung

Einer der entscheidenden Vorteile von Primärbatterien gegenüber Akkus ist die äußerst geringe Selbstentladung von Batterien.

Unter Selbstentladung versteht man einen von selbst ablaufenden Vorgang, welcher bewirkt, dass sich Batterien und Akkus mehr oder weniger schnell entladen, selbst wenn kein Verbraucher daran angeschlossen ist.

Die Geschwindigkeit der Selbstentladung ist je nach Zellentyp unterschiedlich und bestimmt, welcher Anteil der ursprünglich gespeicherten Energie nach der Lagerung noch zur Verfügung steht. Das Maß der Selbstentladung ist außerdem abhängig vom Alter der Zellen als auch von der Lagertemperatur.

Die Selbstentladung gehört zu den wichtigsten Kenndaten von Batterien beziehungsweise Akkumulatoren, weil die Selbstentladung ein wichtiges Kriterium zur Auswahl geeigneter Batterie- oder Akkutypen für bestimmte Anwendungsfälle darstellt.

Die Industrie hat inzwischen einen neuen Typ von modifizierten NiMH-Akkus (sog. LSD-Zellen) entwickelt, die auch unter der allgemeinen Bezeichnung Akku-Batterien bekannt sind und die Vorteile von Batterien (geringe Selbstentladung) und Akkus (wiederaufladbar) miteinander vereinen.


Batterie-Typen

Die Bezeichnung von Batterien entstammt in der Regel den verwendeten (chemischen) Materialien. Hier Aufgelistet einige sehr bekannte Batterie-Typen:


Zink-Kohle-Batterie (ZnC)

1,5 V pro Zelle - Für weniger anspruchsvolle Anwendungen in Taschenlampen, Spielzeugen, Fernbedienung etc.

Die klassische Zink-Kohle-Batterie ist nach wie vor eine günstige Alternative gegenüber Alkali-Mangan-Batterien. Steigende Ansprüche an Kapazität und Leistung verdrängen jedoch inzwischen diesen Batterietyp. Wir führen daher nur noch Zink-Kohle-Batterien in den Gehäuseformen, die von anderen Systemen nicht mehr abgedeckt werden. Die mangelnde Auslaufsicherheit führte darüber hinaus oft zu unangenehmen Überraschungen, falls die Batterien über einen längeren Zeitraum in einem Gerät "vergessen" wurden.


Alkali-Mangan-Batterie (AlMn)

1,5 V pro Zelle (Kürzel: LR) - Dieser Typ wird hoher Stromanforderung und Dauernutzung gerecht. Anwendungen für tragbare Audiogeräte, Fotoapparate, Spiele etc.

Viele Netz unabhängige Geräte wie MP3-Player, Organizer, Digitalkameras und Camcorder und tragbare CD-Spieler verlangen heute nach hochwertigen Batterien mit besonders hohen Stromreserven. Für Hochstromanwendungen sind heute verbesserte Alkali-Mangan-Batterien erhältlich (z.B. VARTA MAXI TECH). Die verstärkte Kraft kommt durch mehr aktive Masse einer dickeren Kathode in einem größeren Zelleninnen-Volumen und verbesserten Elektrolyten mit hoher Leitfähigkeit. Diese verbesserten Alkali-Mangan-Batterien leisten ein vielfaches mehr als vergleichbare Zink-Kohle-Batterien.

Alkali-Mangan-Batterien sind durch ihre Beschriftung immer als solche gekennzeichnet. Sie besitzen gegenüber Kohle-Zink-Batterien eine Reihe großer Vorteile:

  • Ihre Leistung ist je nach Anwendung um das 2- bis 8-fache höher als die von Zink-Kohle-Batterien.
  • Sie können erstens länger und zweitens unter größerer Belastung verwendet werden, ohne dass Ihre Spannung deutlich zusammenbricht.
  • Sie sind weniger temperaturempfindlich.
  • Sie können lange Zeit ohne Leistungseinbußen gelagert werden.
  • Sie sind erheblich auslaufsicherer als Kohle-Zink-Batterien.


Zink-Luft-Batterie (Zn-Luft)

1,4 V pro Zelle (Kürzel: PR) - Für hohe Belastungen in z.B. Hörgeräten und Personenrufsystemen.

Von allen Primärbatterien erreichen die Zink-Luft-Zellen die höchste Energiedichte und die höchste spezifische Energie und Kapazität. Ein typisches Einsatzgebiet sind Hörgeräte. Sie erfordern kleinste Abmessungen, hohe Kapazitäten und eine flache Entladekurve.

Zink-Luft-Systeme sind im aktivierten Zustand nur begrenzt lagerfähig. Daher ist es erforderlich, sie bis zum Gebrauch luftdicht verschlossen zu halten. Hierzu dient eine aufgebrachte Klebefolie, die die Luftöffnungen abdichtet. In diesem versiegelten Zustand sind die Zink-Luft-Batterien nahezu unbegrenzt lagerfähig. Durch Abziehen dieser Folie wird die Zelle aktiviert. Je nach Hersteller dauert es einige Minuten, bis die Zelle voll einsetzbar ist. Nach Abziehen der Folie sollte die Zelle in einem Zeitraum von max. 500 Stunden entladen werden.


Silberoxid-Zink-Batterie (AgO)

1,55 V pro Zelle (Kürzel: SR) - Hohe bis mittlere Belastbarkeit bei Anwendungen in Uhren, Fotoapparaten, Taschenrechner etc.

Batterien dieser Art benötigen sehr teure Rohstoffe. Ihr Einsatz ist daher auf Anwendungen beschränkt geblieben, die auf kleinstem Raum eine Batterie mit hohem Energiegehalt und hoher Belastbarkeit benötigen. Die Auswahl dieser Typen erfolgt in erster Linie nach der Größe (Ø und Länge) sowie nach der Kapazität.


Lithium-Batterie (Li)

1,6 - 3,8 V pro Zelle - Hohe Belastbarkeit und niedrige Selbstentladung. Anwendungen vorwiegend in Fotoapparaten mit hohem Strombedarf und elektronische Datenspeicher.

Mehrere Lithium-Systeme sind heute verfügbar (z.B. Thionylchlorid, Manganoxid, Eisensulfid etc.). Von allen am weitesten verbreitet ist das Lithium-Manganoxid-System. Die Vorteile der Lithium-Zellen sind hohe Spannungslage, hohe Energiedichte, flache Entladekurven, sehr gutes Lagerverhalten und ein weiter nutzbarer Temperaturbereich. Aufgrund der geringen Selbstentladung eignen sich Lithium-Batterien für Langzeitanwendungen in der Elektronik, Telekommunikation und im Messwesen. Darüber hinaus kommen sie häufig für Fotoanwendungen zum Einsatz.

In Taschenrechner-Anwendungen etc. sind zwei Lithium-Knopfzellensysteme verbreitet:

  • BR – Lithium/Poly-Kohlenstoffmonofluorid (Li-CFx) 3,0 V
  • CR – Lithium/Mangandioxid (Li-MnO2) 2,8 V

Energizer stellte 1988 die erste Mignon-Zelle in Lithium-Technologie vor. Diese 1,5 V Batterie basiert auf Lithium-Eisensulfid und besitzt eine Reihe großer Vorteile:

  • Nutzbarer Temperaturbereich von –40°C bis +60°C
  • 50% geringeres Gewicht als Alkali-Mangan-Zellen
  • Nur 1% Energieverlust nach 10 Jahren Lagerung
  • Bis zu 5 mal mehr Leistung als Alkali-Mangan-Batterien


Batterie-Baugrößen

Bekannte Batterieformen


Bekannte Batterie-Baugrößen

Bezeichnung ANSI-Norm IEC-Klasse
(Alkali-Mangan)
Typische Zellspannung Abmessungen
Lady
N
LR1 / AM-5
1,5 V
Ø 12 x H 30 mm
Mini
AAAA
LR61
1,5 V
Ø 8 x H 42 mm
Micro
AAA
LR03 / AM-4
1,5 V
Ø 10,5 x H 44,5 mm
Mignon
AA
LR06 / AM-3
1,5 V
Ø 14,5 x H 50,5 mm
Baby
C
LR14 / AM-1
1,5 V
Ø 27 x H 50 mm
Mono
D
LR20 / AM-1
1,5 V
Ø 35 x H 62 mm
9V-Block
1604D
PP3
6LR61 / AM-6
9,0 V (6xLR61 à 1,5 V)
L 48,5 x B 26,2 x H 17 mm
Flachbatterie
3LR12
4,5 V (3xLR45 à 1,5 V)
L 67 x B 62 x H 22 mm
A23 Batterie
1181A
8LR23
12,0 V (8xLR23 à 1,5 V)
Ø 10,3 x H 28,9 mm
Laternenbatterie
908D
6,0 V (4 Zellen à 1,5 V)
L 112 x B 66,7 x H 66,7 mm


Achtung:
Versuchen Sie niemals, handelsübliche, nicht wiederaufladbare Batterien mit einem Akku-Ladegerät zu laden. Bei dem Versuch können Chemikalien austreten - schlimmstenfalls könnten die Batterien durch einen Gasungsprozess sogar explodieren!

Eine neue, technologische Errungenschaft stellt ein spezielles Batterie-Ladegerät dar, welches in der Lage ist, noch nicht vollständig entladene Alkali-Mangan-Batterien gefahrlos bis zu 10 Mal wieder aufzufrischen, um diese mehrfach verwenden zu können.


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