Batterie (Elektrotechnik)
Dieser Artikel befasst sich mit dem als Batterie bezeichneten elektrischen Energiespeicher. Für weitere Bedeutungen siehe Batterie (Begriffsklärung).
Der Begriff elektrische Batterie bezeichnete ursprünglich die Zusammenschaltung mehrerer galvanischer Zellen. Hier hat sich jedoch ein Bedeutungswandel des Wortes Batterie vollzogen, so dass auch von einer einzelnen Zelle die Rede sein kann.
Elektrische Batterien werden nach verschiedenen Kriterien geordnet:
Einsatzgebiet
- Gerätebatterien werden zur Stromversorgung kleiner, meist tragbarer Geräte eingesetzt, beispielsweise in Taschenlampen. Besonders kleine Ausführungen werden als Knopfzelle bezeichnet.
- Insbesondere für Kraftfahrzeuge werden Starterbatterien verwendet.
- Elektrofahrzeuge verfügen über Traktionsbatterien.
- Stationäre Batterien kommen bei ortsfesten Anwendungen wie beispielsweise unterbrechungsfreien Stromversorgungen in der Industrie zum Einsatz.
In Deutschland regelt die Batterieverordnung die Rücknahme und Entsorgung von Batterien. Sie legt u.a. fest, dass in Deutschland keine Batterien oder Zellen mit einem Quecksilbergehalt von mehr als zwei Gewichtsprozent in den Verkehr gebracht werden dürfen. Quecksilberknopfzellen sind in Deutschland nicht mehr zulässig. Auch Alkali-Mangan-Batterien enthalten heutzutage kein Quecksilber mehr, während es in den ersten Baureihen noch zum Amalgieren des Elektrodenmaterials erforderlich war. Siehe auch Batterierecycling.
Batterietypen
Die Batterien teilt man nach dem zugrunde liegenden chemischen Redoxsystem ein. Die elektrochemische Spannungsreihe der Elektrodenmaterialien und der pH-Wert des Elektrolyts bestimmen die elektrische Spannung:
- Zink-Braunstein-Zelle (Zink-Kohle-Batterie, Leclanché-Element): 1,5 V
- Alkali-Mangan-Batterie: 1,5 V
- Lithium-Batterien: je nach Kathodenmaterial 2,9 bis 3,6 V, spezielle Typen auch 1,5 V
- Zink-Luft-Batterie: 1,5 V
- Quecksilberoxid-Zink-Batterie: 1,35 V
- Silberoxid-Zink-Batterie: 1,55 V
Höhere Spannungen erhält man durch ein Hintereinanderschalten (Reihenschaltung) mehrerer Elemente.
Die Kapazität (Energiemenge) oder Leistung (Maximalstrom) bei fester Spannung läßt sich nur durch die Wahl größerer Zellen erhöhen. Zellen sollten nicht parallel geschaltet werden. Sie unterscheiden sich in ihrem Innenwiderstand und können sich gegenseitig entladen.
Primär-/Sekundärzellen (Aufladbarkeit)
Nicht wieder aufladbare Batterien bestehen aus Primärzellen. Innerhalb dieser Gruppe sind folgende Technologien verbreitet, die nach den eingesetzten Materialien bezeichnet werden:
- Alkali-Mangan-Batterie
- Zink-Kohle-Batterie
- Lithium-Batterie
- Zink-Luft-Batterie
- Quecksilberoxid-Zink-Batterie
- Silberoxid-Zink-Batterie
Wieder aufladbare Batterien heißen Akkumulatoren, sie bestehen aus Sekundärzellen. Auch hier sind verschiedene Technologien üblich:
- Bleiakkumulator (Blei/Schwefel)
- Nickel-Cadmium-Akku
- Nickel-Metallhydrid-Akku
- Lithium-Ionen-Akku
- Lithium-Polymer-Akku
- Alkali-Mangan-Batterie (englisch: Reusable Alkaline Manganese, kurz: RAM)
Darüber hinaus existieren weitere, weniger bedeutende Technologien.
Gerätebatterien
Bei Gerätebatterien handelt es sich um die Art von elektrischen Batterien, die ein Verbraucher Umgangssprachlich am ehesten mit dem Begriff der Batterie in Verbindung bringt. Gerätebatterien sind besonders für die Energieversorgung von Elektrokleingeräten wie Uhren, Radios, Spielzeug, Taschenlampen oder sonstigen tragbaren Geräten konzipiert. Auch in fest installierten Geräten wie z.B. Brandmeldern kommen sie zum Einsatz.
Gerätebatterien müssen kompakt, lageunabhängig einsetzbar, leicht und trotzdem mechanisch widerstandsfähig sein. Sie dürfen bei normaler Lagerung und Verwendung im Gerät weder auslaufen noch gasen. Sie sind in einer Vielzahl von Ausführungen im Handel erhältlich.
Baugrößen
Bei Gerätebatterien auf der Basis von Zink-Kohle- oder Alkali-Mangan-Batterie sind in folgenden gemäß IEC und ANSI genormten Baugrößen handelsüblich:
| IEC, geringe Leistung (C) | IEC, höher Leistung (KOH) | Bez. USA | Bezeichnung | Größe | Volt |
| E96 | LR 61 | AAAA | Spezial | Ø 8.3 mm, h 42.5 mm | 1,5 V |
| R03/UM-4 | LR 03/AM-4 | AAA | Micro | Ø 11 mm, h 45 mm | 1,5 V |
| R6/UM-3 | LR 6/AM-3 | AA | Mignon | Ø 15 mm, h 51 mm | 1,5 V |
| R14/UM-2 | LR 14/AM-2 | C | Baby | Ø 27 mm, h 50 mm | 1,5 V |
| R20/UM-1 | LR 20/AM-1 | D | Mono | Ø 35 mm, h 62 mm | 1,5 V |
| UM-5 | AM 5/LR-1 | N | Lady | Ø 12 mm, h 30 mm | 1,5 V |
| 1203 | LR 12/Flach | J | Flat Pack oder Flachbatterie | l 67 mm, b 62 mm, h 22 mm | 4,5 V (3 Zellen) |
| F22/E-Block | E-Block/AM-6 | nn | E-Block oder 9-V-Block | l 48,5 mm, b 26,2 mm, h 17 mm | 9 V (6 Zellen) |
Außerdem gibt es eine große Typenvielfalt bei Knopfzellen.
Kapazität
Unter der Kapazität einer Batterie versteht man die entnehmbare Ladungsmenge. Sie wird in der Einheit Amperestunden angegeben. Die tatsächliche Kapazität hängt von der Stromstärke des Entladestroms und der Temperatur der Batterie ab.
Weblinks
- Varta Batterie-Lexikon
- Die richtige Batterie für den richtigen Einsatz, die wichtigsten Größen und Typen von Gerätebatterien
- Batterie-Glossar
- Battery Chemistry FAQ (Englisch)
- Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien