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    Ratgeber

    Wissenswertes zu Batterien

    Mittlerweile ist es über 200 Jahre her, dass Alessandro Volta nachweislich mit mehreren Zink- und Kupferplatten die erste funktionierende Batterie mit galvanischen Zellen gebaut hat. Auch wenn die Volta`sche Säule, so wie sie damals genannt wurde, noch groß und unhandlich war, ebnete sie doch den Weg zur Elektrotechnik und zu vielen weiteren interessanten Entdeckungen. Und bis in die heutigen Tage hat sich am Funktionsprinzip einer Batterie nicht viel geändert.

    Was ist eine Batterie?

    Eine Batterie ist ein Energiespeicher, in dem die gespeicherte chemische Energie durch Reduktions-Oxidation in elektrische Energie gewandelt wird. Im Prinzip sind das zwei elektrochemische Stoffe (Elektroden) mit unterschiedlichen elektrochemischen Spannungspotentialen, die in einem Gehäuse mit Elektrolyt untergebracht sind (siehe Bild 1).

    Im Falle einer Alkali-Mangan-Batterie bestehen die beiden Elektroden aus Zink (Minus-Pol/Anode) und Mangandioxid (Plus-Pol/Kathode). Als Elektrolyt wird konzentrierte Kalilauge (Kaliumhydroxid) verwendet, mit der die beiden Elektroden und der Separator getränkt sind (siehe Bild 2).

    Da Batterien zum eimaligen Gebrauch vorgesehen sind, werden sie auch Primärzellen genannt. Im Gegensatz dazu werden wieder aufladbare Akkus auch als Sekundärzellen bezeichnet.
    In der Umgangssprache werden die Begriffe aber oft auch falsch benutzt. So sprechen selbst Fachleute von einer Autobatterie oder Starterbatterie, obwohl es sich bei diesen Energiespendern um wieder aufladbare Blei-Akkus handelt.

    Bild 1: Vereinfachter Aufbau einer Alkali-Batterie

    Batterie oder Akku, was verwende ich wann?

    Oft stellt sich bei batteriebetriebenen Geräten die Frage, ob der Einsatz von Akkus nicht sinnvoller wäre. Die Frage lässt sich leider nicht pauschal beantworten.

    Da Akkus einer gewissen Selbstentladung (bis zu 60% im Monat) unterworfen sind, kann man aber sagen, dass für Verbraucher mit einer kurzen Einschaltdauer aber mit einer langen Bereitschaftszeit Batterien sinnvoll sind. Klassische Beispiele für diese Verbraucher wären Notfalltaschenlampen, Uhren, TV-Fernbedienungen oder auch Funksensoren für Wetterstationen oder Smart Home-Systeme.

    Wenn die Einschaltzeiten der Verbraucher länger sind, sich öfters wiederholen oder auch der Strombedarf nicht unerheblich ist, so sind Akkus die bessere Wahl. Funkgeräte im Baustelleneinsatz, Taschenlampen für Sicherheitsdienste oder auch die Funkmaus am täglich genutzten Bürocomputer sollten demzufolge eher mit Akkus bestückt werden.

    Aber oftmals muss jeder Anwender selber für sich entscheiden, ob er lieber Batterien oder Akkus verwendet. In einer Modellbaufernsteuerung, die nur hin und wieder benutzt wird machen Batterien duchaus Sinn. Wird das Modell aber regelmässig benutzt, ist es wirtschaftlicher und auch nachhaltiger, Akkus in die Fernsteuerung einzusetzen.

    Bild 2: In eine Taschenlampe für den Notfall gehören hochwertige Alkali-Mangan-Batterien

    Wie ist eine Batterie aufgebaut?

    Das Bild 3 zeigt den schematischen Aufbau einer Alkali-Mangan-Batterie.

    1. Metallbecher mit Pluspol an der Oberseite
    2. Aussenfolie mit Hersteller-Beschriftung
    3. Mangandioxid (Kathode)
    4. Dichtscheibe aus Kunststoff
    5. Bodenplatte (Minus-Pol)
    6. Separator zur Trennung der Elektroden und als Ionenbrücke
    7. Ableitnagel
    8. Zinkpulver-Gel (Anode)

    Bild 3: Schnittzeichnung einer Alkaline-Mangan-Batterie

    Hinweis: 
    Bei einer Zink-Kohle-Batterie bestand der Aussenbecher aus Zink. Da sich die Zink-Elektrode beim Entladen zersetzt und löchrig wird, kam es häufig zum Auslaufen dieser Batterien, wenn sie aufgebraucht waren.

    Bei einer Alkali-Mangan-Batterie besteht der Aussenbecher aus Metall und die Zink-Elektrode ist im Kern der Batterie untergebracht. Somit wird ein Auslaufen der Batterie zuverlässig verhindert.

    Unterschiedliche Chemie ergibt unterschiedliche Spannungen

    Da die verschiedenen Substanzen, aus denen Batterie-Elektroden gefertigt werden können, unterschiedliche chemische Spannungspotentiale aufweisen, ergeben sich bei den jeweiligen Batterietypen auch unterschiedliche Nennspannungen.

    • 1,35 V für die Quecksilberoxid-Zink-Zelle
    • 1,5 V für die Alkali-Mangan-Zelle
    • 1,5 V für die Zink-Kohle-Zelle
    • 1,4 V für die Zink-Luft-Zelle
    • 1,5 V für die Lithium-Eisensulfid-Zelle
    • 1,55 V für die Silberoxid-Zink-Zelle
    • 2,9 bis 3,7 V für Lithium-Zellen, abhängig vom Kathodenmaterial

    Im Falle einer 4,5 V Flachbatterie oder 9 V Blockbatterie werden innerhalb der Batterie mehrere Einzelzellen in Serie geschaltet, um so die höhere Spannungslage zu erhalten.

    Bei einer 4,5 V Flachbatterie sind das vier Zellen (3 x 1,5 V = 4,5 V) und bei einer 9 V Blockbatterie sind das sechs Zellen (6 x 1,5 V = 9 V).

    Wie funktioniert eine Batterie?

    Vereinfacht ausgedrückt, wird bei einer Alkaline-Batterie die elektrische Energie durch die Oxidation des Zinks bzw. durch die Reduktion des Mangandioxids zur Verfügung gestellt. Da Oxidation und Reduktion gleichzeitig stattfinden, spricht man von einer Redoxreaktion. Die dabei freiwerdenden Elektronen stehen am Minuspol der Batterie zur Verfügung.

    Wird mit der Batterie ein Verbraucher betrieben, wandern die Elektronen vom Minuspol (Anode) über den Verbraucher, z.B. einer Taschenlampen-Glühbirne, zum Pluspol (Kathode). Zum Ladungsausgleich wandern innerhalb der Batterie Hydroxid-Ionen von der Kathode zur Anode. Die chemischen Prozesse, die dabei in der Batterie ablaufen, erklärt das unten angefügte Video recht anschaulich.

    Wie funktioniert eine Batterie?

    Batterietest ohne Hilfsmittel

    Unser Praxistipp:

    Da beim Entladen einer Alkaline-Batterie Wasser verbraucht wird, „trocknet“ die Batterie innerlich aus. Bei Batterien der Grösse Mignon (AA) lässt sich somit durch einen einfachen Test prüfen, ob die Batterie voll oder leer ist. Das Video oben zeigt, wie es geht.

    Bei einer vollen Batterie ist das Elektrolyt noch Gel-artig und dämpft so den Aufprall auf der Tischplatte. Ist die Batterie entladen, ist das Elektrolyt fest und die Batterie federt mehrmals auf der Tischplatte. Leider funktioniert dieser Trick nur mit Batterien der Grösse Mignon (AA).

    Batteriearten im Vergleich

    Wie bereits erwähnt, können Batterie-Elektroden aus den unterschiedlichsten chemischen Substanzen gefertigt werden. Neben den daraus resultierenden unterschiedlichen Spannungen ergeben sich zudem noch typenspezifische Vor- und Nachteile, sowie bevorzugte Einsatzgebiete.

    Zink-Kohle

    Die Zink-Kohle-Batterien (ZnC) sind vor allem für weniger anspruchsvolle Anwendungen wie z.B. in Fernbedienungen oder  Wanduhren geeignet. Diese Batterien werden kaum noch angeboten oder von günstigeren Alkalis verdrängt.

    Vorteile: 
          Preiswert

    Nachteile:
        - Nicht auslaufsicher
        - Keine hohe Strombelastung

    Lithium

    Lithium (LiMnO2) Batterien zeigen eine lange Haltbarkeit und eine sehr konstant bleibende Zellenspannung. Ihr Einsatzgebiet ist überall dort, wo man sich auf Batteriestrom verlassen muss.
    Lithium-Batterien sollten vor allem in Geräten mit erhöhtem Strombedarf verwendet werden, wie z. B. in Fotoapparaten, DigicamsCamcorderLaptops aber auch in Rauchmeldern und Aussensensoren. Lithium-Batterien sollten auch in jeder Notfalltaschenlampe eingesetzt werden.

    Vorteile:
        - Extrem hohe Kapazität
        - Ideal für Hochstromverbraucher
        - Geringe Selbstentladung (lange Lagerzeiten)
        - Breiter Temperaturbereich (-40 bis 60°C)

    Nachteile:
        - Teurer als Alkaline-Battereien

    Alkali-Mangan

    Die Alkali-Mangan (AlMn) oder meist auch nur Alkali-Batterien haben eine hohe Leistung und sind langlebig. Der häufigste Einsatzbereich ist in  Radios, Fernbedienungen, Spielzeug und Uhren.

    Vorteile:
        - Höhere Kapazität als Zink-Kohle
        - Höhere Strombelastbarkeit
        - Auslaufsicher

    Nachteile:
        - Teurer als Zink-Kohle-Batterien
        - Temperaturempfindlich

    Batteriegrössen im Vergleich

    Bei der Auswahl der richtigen Batterie ist neben der Zellenchemie und der Zellenspannung die Batteriegrösse bzw. die Bauform das wohl wichtigste Entscheidungskriterium. Schliesslich muss die Ersatzbatterie auch in das Batteriefach des Gerätes passen. Dabei haben sich verschiedene Grössenbezeichnungen bzw. Standards etabliert.

    Standard-Batterien

    Allgemeine Bezeichnung ANSI-Norm Nennspannung Abmessungen in mm Bezeichnugen
    Lady N 1,5 V Ø x H   12 x 30 LR1, R1, A1, UM5
    Micro AAA 1,5 V Ø x H   10,5 x 44,5 LR03, R03. AM4, UM4
    Mignon AA 1,5 V Ø x H   14,5 x 50,5 LR6, R6, AM3, UM3, L91
    Baby C 1,5 V Ø x H   26,2 x 50 LR14, R14, AM2
    Mono D 1,5 V Ø x H   34,2 x 61,5 LR20, R20, AM1
    9 V Block 1604D(PP3) 9 V L x B x H   26,5 x 17,5 x 48,5 6LR61, 6F22, 6AM6
    4,5 V Flachbatterie - 4,5 V L x B x H   67 x 62 x 22 3LR12, 3R12, 1203

    Spezialbatterien

    Allgemeine Bezeichnung ANSI-Norm Nennspannung Abmessungen in mm Bezeichnugen
    Mini AAAA 1,5 V Ø x H   8,3 x 42,5 LR8, LR8D425, LR61, E96
    Stabbatterie - 3 V Ø x H   21,8 x 74,6 2R10, 2R10R, 3010, 2010
    Flat Pack J 6 V L x B x H   47 x 34 x 8
    4LR61, 4018, 7K67, 866, KJ
    Laternenbatterie  908D 6 V L x B x H   115 x 67 x 67
    4R25, 4R25C, 430, GP908X
    A23 Batterie V23GA 12 V Ø x H   10 x 28 E23A, V23A, L1028, MN21, ...

     

    Spezialbatterien-Vergleichstabelle

    Besonders bei Spezialbatterien gibt es die unterschiedlichsten Bezeichnungen, die immer wieder zu Verwirrungen führen. Aus diesem Grund haben wir für Sie die verschiedenen Batterie-Bezeichnungen in einer Tabelle zusammengefasst.

    Alkaline/Zink Spezialbatterien

    Batterietyp Bezeichnungen
    10A A10, E10A, V10A, V10PX, V10GA, L1021, L1022, MN10, G10A, GP10A, WE10A, UM10A, LR10A, K10A, 10AE, P10GA, PX10, EPX10, KX10, RPX10, R10A
    11A A11, E11A, V11A, V11PX, V11GA, L1016, MN11, G11A, GP11A, WE11A, CA21, CX21A, UM11A, LR11A, K11A, 11AE, P11GA, PX11, EPX11, KX11, RPX11, R11A
    23A A23, E23A, V23A, V23PX, V23GA, L1028, MN21, G23A, GP23A, WE23A, CA20, UM23A, LR23A, LRV08, RVO8, MS21, K23A, 8LR932, 8LR23, 3LR50, 23AE, A23S, P23GA, VR22, 8F10R, MN23, PX23, EPX23, KX23, RPX23, 4NR23, R23A
    27A A27, E27A, V27A, V27PX, V27GA, L728, L828, MN27, G27A, GP27A, WE27A, CA22, UM27A, LR27A, K27A, 27AE, A27S,P27GA, EPX27, KX27, RPX27, HS3, NR43, EL812, EL8212, R27A
    476A A476, E476A, V4034PX, V476A, V476GA, L1325, V34PX, GP476A, WE476A, UM476A, LR476A, K476A, 476AE,A476S, P476GA, EPX476, KX476, RPX476, 4LR44, 7H34, 537, 4LR44P, 1414A, K28A, 4L1325, 4G13, R476A
    544A A544, E544A, V28PX, V28PXL, V28GA, V544A, L544, KS28, PX28A, WE544A, PX544A, GP544A, LR544A, K544A,544AE, A544S, P544GA, KX544, RPX544, 4SR44, 4NZ13, G13, 4028, K544A, R544A, 28L
    Mini AAAA, LR8, LR8D425, R8D425, LR61, E96, MX2500, V4004, V4761, MN2500, 25A
    V74PX MN154, 504, KA74, 220, 220A, 4074, 10LR54
    6V Flat Pack 4LR61, Flat Pack, 4018, 7K67, 866, 539, 1412AP, KJ, J
    4R25 4R25C, 430, GP908X
    4R25-2 4R25C, 430, GP908X
    4LR25 MN908, PC915, 4R25-2P, 529, 908A, DC908, 4LR25Y
    4LR25-2 MN918, PC918, 4LR25-24, 4R25-2C, EV31, R25-2, 731, 991, 1231, LR825
    2R10 2R10R, 3010, 2010
    6F100 V439, 439, PP9
    U23PX V23PX, EPX23, PX23, 4SR42, PX23S, RPX23A, 4NR42, 4LR42, RPX23S, PX23A, KX23, RPX23, RX23
    U21PX V21PX, EPX21, PX21, 3LR50, PX21S, RPX21A, RPX21S, PX21A, KX21, RPX21, UG-523, 3MR50, RX21, E523, BK-1, PC133A, 523
    TR164 PX164A, S4164, EPX164A, E164, V164P, PX164, A32PX, HM-4N
    U72PX UG015, S4072, MN122, 15LR43, NM412, UG 015, 15F20, PX72, 412, 215, V72, V72PX, A72PX
    PX27A PX27, 4AG12, EPX27, 4AG13, S27PX, 4LR43, PX27S, 4SR43, 4NR43. U27PX, HS3C, RPX27S, RPX27A, RPX27, V27PX, KX27, HS-3
    LL4 PS-LL4
    CR435 BR435, 435 Pin-Type, 435PT

    Lithium Spezialbatterien

    Batterietyp Bezeichnungen
    2CR5 EL2CR5, KL2CR5, EL2CR5BP, RL2CR5, DL245, DL345, 2CR5M, 5032LC, 245
    CR2 EL1CR2, KCR2, RLCR2, DLCR2, DLCR2B, DR2R, RLCR2-L, 5046LC, CR17355
    CRV3 LB01, CRV3P, RB104358
    CR-123A EL123AP, K123LA, RL123A, EL123A, DL123A, 5018LC, LR123, VL123, CR17345
    CR-P2 EL223AP, K223LA, RLP2, EL223APBP, DL223A, 5024LC, VL223, CR223A , CRP2, CRP2P, CR17-33, CRP2S, PC223A, DL223, K223, PC223, 223 
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