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Batterie (Elektrotechnik)

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Dieser Artikel befasst sich mit dem als Batterie bezeichneten elektrischen Energiespeicher. Für weitere Bedeutungen siehe Batterie (Begriffsklärung).

Eine elektrische Batterie (auch: Akkumulator) ist eine Galvanische Zelle. Der Begriff Batterie bezeichnete ursprünglich die Zusammenschaltung mehrerer Zellen, jedoch hat sich inzwischen ein Bedeutungswandel des Begriffs vollzogen, so dass mit "Batterie" auch eine einzelne Zelle gemeint sein kann.

Anwendungsgrundlagen

Die Elektrodenmaterialien legen die elektrische Spannung der Zelle in ihrer Ausgangsgröße fest. Höhere Spannungen erhält man durch ein Hintereinanderschalten (Reihenschaltung) mehrerer Elemente.

Die Kapazität einer Baterie wird als theoretisch entnehmbare Ladungsmenge in Amperestunden angegeben. Diese ergibt sich bei einem Entladevorgang nach einer vorgegebenen Norm. Die praktisch erreichbare Kapazität hängt von der tatsächlichen Höhe des Entladestroms und der Temperatur der Batterie ab.

Die Kapazität (Energiemenge) oder der Maximalstrom bei fester Spannung läßt sich durch größer gebaute Zellen erhöhen. Ein Parallelschalten zur Kapazitätserhöhung kann demgegenüber zur baldigen gegenseitigen Entladung führen da sich einzelne Zellen im Innenwiderstand unterscheiden und unter sich einen eigenen Stromkreis bilden. Galvanische Elemente unterliegen aufgrund von Elektrodenvorgängen bei Lagerung einer gewissen Selbstentladung. Diese ist abhängig vom Batterietyp und der Lagerungstemperatur: je niedriger die Temperatur, desto weniger Selbstentladung findet statt.

Eine Haltbarkeit bzw. Brauchbarkeitsdauer von Akkumulatoren wird mit der Zahl von Lade-/Entlade-Zyklen angegeben, bis zu der der Akkumulator nur noch eine bestimmte Lade-Kapazität hat. Die Normen DIN 43539 Teil 5 und IEC 896 Teil 2 geben dazu verschiedene Verfahren und Richtwertvorgaben an..

In Deutschland regelt die Batterieverordnung die Rücknahme und Entsorgung von Batterien. Sie legt unter anderem 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.

Typen-Variationen

Handelsübliche Batterien gibt es in zahlreichen Varianten sowohl nach dem zugrunde liegenden chemischen Redoxsystem als auch nach den elektrischen Werten oder der geometrischen bzw. konstruktiven Bauform. Von den nachfolgend aufgeführten Bezeichnungen können mehrere zusammen einen Batterietyp beschreiben, z. B. "Alkali-Mangan-Batterie – LR 6/AM-3 – AA – Mignon" oft wird aber nur ein bestimmtes Merkmal gefordert, z. B. die Größe "AA" für eine speziell auf diesen Batterietyp abgestimmte Taschenlampe.

Einsatzbereiche

Nach dem Einsatzgebiet gibt es folgende Begriffe und Zuordnungen:

Primärzellen

Oxy Nickel Hydroxid (Oxyride) Primärzelle in der Baugröße AA

Als Primärzellen werden galvanische Zellen bezeichnet, die nach der Entladung nicht wieder neu aufgeladen werden können. Die verschiedenen Typen werden nach den eingesetzten Materialien bezeichnet:

Sekundärzellen

Als Sekundärzellen oder Akkumulatoren werden galvanische Zellen bezeichnet, die nach der Entladung wieder neu aufgeladen werden können. Verbreitete Typen werden ebenfalls nach den verwendeten Materialien bezeichnet:

Baugrößen

Handelsübliche Batterien: Knopfzellen, 9-V-Block, Micro, Mignon, Baby, Mono, Flachbatterie.

Als Gerätebatterien werden häufig die elektrischen Batterien bezeichnet, die sehr verbreitet im Alltagsgebrauch für die Energieversorgung von Elektrokleingeräten wie Uhren, Radios, Spielzeug, Taschenlampen oder sonstigen tragbaren Geräten und auch in fest installierten Geräten wie beispielsweise Brandmeldern verwendet werden.

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 auf der Basis von Zink-Kohle- oder Alkali-Mangan-Batterie im Handel erhältlich. Ihre Bezeichnung folgt den von der IEC festgelegten Leistungsklassen und den von der ANSI genormten Baugrößen:

IEC, geringe Leistung (C) IEC, höhere Leistung (KOH) ANSI Bezeichnung Größe Volt
E96 LR 61 AAAA Mini 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 1604D E-Block oder 9-V-Block l 48,5 mm, b 26,2 mm, h 17 mm 9 V (6 Zellen)

Neben diesen "Standardtypen" gibt es noch eine große Formenvielfalt bei produktspezifischen Batterien für Fotoapparate und bei Knopfzellen.

9 V Blockbatterie im Querschnitt

Literatur

  • Lucien F. Trueb, Paul Rüetschi: Batterien und Akkumulatoren - Mobile Energiequellen für heute und morgen. Springer, Berlin 1998 ISBN 3-540-62997-1
  • David Linden, Thomas B. Reddy (Hrsg.): Handbook of Batteries. 3. Auflage. McGraw-Hill, New York 2002 ISBN 0-071-35978-8
  • Wiebke Dirks, Hendrik Vennemann: Lithium-Batterien. CHEMKON 12(1), S. 7 - 14 (2005), WILEY-VCH Verlag GmbH, ISSN 0944-5846
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