Batterietypen und Technologien

Allgemeines zu Batterietypen
Batterien können grundlegend in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden, nämlich in Primärbatterien und Sekundärbatterien. Primärbatterien sind Einwegbatterien, die nicht wiederverwendbar sind, und Sekundärbatterien sind die wiederaufladbaren Batterien bzw. Akkus. Abgesehen von dieser Haupteinteilung können Batterien darüber hinaus nach verschiedenen chemischen Systemen weiter unterteilt werden, von denen jedes seine speziellen Vor- und Nachteile hat. Im Folgenden werden wir kurz auf die einzelnen Batterietypen eingehen..

Chemisches System – Primärbatterien (Einwegbatterien)

Haushaltsbatterien

Haushaltsbatterien machen die bekannteste Art von Batterien aus, die auch in den meisten unserer Verbrauchergeräte wie z. B. Radios, Kameras, Taschenlampen u. Ä. stecken. Alkalische Batterien sind die gebräuchlichsten Batterien in dieser Gruppe.

Alkali-Mangan - Alkaline

Die Alkali-Mangan-Batterie hat einen hohen elektrischen Widerstand, eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer, wenn das Gerät fortlaufend benutzt wird und kein Stromsauger ist. Alkaline kosten zwar fast doppelt so viel wie Zink-Kohle-Batterien, halten aber zwischen 4-6 mal so lange, natürlich abhängig davon, wie und wo sie benutzt werden. Verglichen mit Zink-Kohle-Batterien schneiden sie darüber hinaus bei niedrigen Temperaturen gut ab.

Zink-Kohle-Batterien

Der Markt für Zink-Kohle-Batterien ist nicht sehr groß in Dänemark und ist heutzutage vorwiegend auf beispielsweise Taschen- und Fahrradlampen, Radios, Spielzeug u. Ä. beschränkt. Möchte man jedoch in ein Gerät, das kontinuierlich viel Strom verbraucht oder bei niedrigen Temperaturen verwendet wird, eine Batterie einsetzen, ist es eine gute Idee, stattdessen entweder eine Alkali-Mangan- oder eine wiederaufladbare Batterie (einen Akku) zu nehmen.

Knopfzellen

Knopfzellen ähneln einander, variieren aber in der Größe. Sie werden normalerweise für kleinere elektronische Geräten wie Armbanduhren, Hörapparate, Spielzeug, Taschenrechner u. a. m. verwendet. Die Batterie kann aus zwei oder mehreren Knopfzellen zusammengesetzt sein und ist mit verschiedenen chemischen Systemen erhältlich:

Lithium (CR/BR/LI)

Lithiumbatterien können Spannungen von 1,5 V (AA/AAA Batterien) bis ca. 3 V (Knopfzellen und Rundzellen) produzieren. In vielen Fällen können Lithiumbatterien gewöhnliche Alkali-Mangan-Batterien ersetzen. Obwohl diese Art von Batterie teurer ist als andere Primärbatterien, haben sie eine längere Lebensdauer und müssen daher nicht so oft ausgetauscht werden. Man muss jedoch beachten, dass Lithiumbatterien empfindlich auf schnelle Entladung reagieren, was zu Überhitzung und im schlimmsten Fall zu einer Explosion führen kann. Lithiumbatterien werden oft für Geräte verwendet, die einen relativ hohen Stromverbrauch über lange Zeit hinweg haben wie z. B. Digitalkameras, Thermometer, Taschenrechner, Videokameras und andere tragbare elektronische Geräte.

Zink-Luft

Zink-Luft-Batterien (nicht wiederaufladbar) und Zink-Luft-Brennstoffzellen (mechanisch wiederaufladbar) sind elektrochemische Batterien, die von Zink betrieben werden, das mit dem Sauerstoff aus der Luft oxidiert. Diese Batterien haben eine hohe Energiedichte und sind relativ günstig in der Produktion. Die Größen variieren von sehr kleinen Knopfzellen für Hörapparate über etwas größere Batterien für Videokameras, für die früher Quecksilberbatterien verwendet wurden, bis zu sehr großen Batterien, die für elektrische Fahrzeuge verwendet werden. Diese Art von Batterie kann 1.35-1.4 V produzieren. Zink-Luft-Batterien sind mit kleinen Löchern für die Luftzufuhr versehen und mit einem Etikett versiegelt, das vor dem Gebrauch entfernt wird. Sie haben eine lange Haltbarkeit, so lange sie noch versiegelt sind und die Luft abgehalten wird. Sogar Miniatur-Knopfzellen können bis zu 3 Jahre bei Zimmertemperatur aufbewahrt werden, ohne wesentlich an Kapazität zu verlieren, wenn das Siegel nicht entfernt wird. Miniaturzellen haben eine relativ hohe Selbstentladung, sobald das Siegel gebrochen wird und sie in Kontakt mit der Luft kommen. Um das Maximale aus diesem Typ von Batterie herauszuholen, sollten sie daher innerhalb von ein paar Wochen verwendet werden, wenn das Siegel entfernt ist. Aus Sicherheitsgründen sind die Batterien mit Ventilationslöchern ausgestattet, die dafür sorgen, dass jeder Druck, der sich in der Batterie aufbaut, freigegeben wird. Man muss jedoch beachten, dass Zinkkorrosion Wasserstoff produzieren kann, was äußerst gefährlich sein kann, wenn dieser sich in geschlossenen Bereichen anhäuft. Eine kurzgeschlossene Zelle gibt außerdem relativ wenig Strom. Tiefe Entladung unter 0,5 V / Zelle kann zum Auslaufen führen. Wenn die Batterie unter 0,9 V / Zelle erreicht hat, ist sehr wenig brauchbare Kapazität übrig.

Silberoxid (SR)

Eine Silberoxidbatterie (IEC-Bezeichnung: S), auch bekannt als Silberoxid-Zink-Zelle, ist eine Primärbatterie (auch wenn sie als Sekundärbatterie mit einem offenen Schaltkreis von 1,86 Volt produziert werden kann). Silberoxidbatterien haben eine lange Lebensdauer und ein hohes Energie/Gewichtsverhältnis, können in der Verwendung aber teuer sein aufgrund des hohen Silberpreises. Sie sind entweder in sehr kleinen Größen erhältlich wie Knopfzellen, wo die Menge an verwendetem Silber relativ gering ist und daher nicht wesentlich zu den gesamten Herstellungskosten beiträgt, oder in großen sonderangefertigten Batterien, wo die überlegene Leistungsfähigkeit der Silberoxidchemie die Kosten aufwiegt. Zum Beispiel bei militärischer Ausrüstung wie Torpedos und in U-Booten. Silberoxidbatterien haben ein höhere Leerlaufspannung als Quecksilberbatterien und eine flachere Endladungskurve als Standardbatterien (Zink-Mangan). Sie haben eine ca. 40% längere Lebensdauer als Lithium-Ionen-Akkumulatoren und haben auch eine Chemie auf Wasserbasis, was dazu führt, dass die Batterien nicht die gleichen Probleme mit z. B. Entzündbarkeit haben wie Lithiumionenakkus. Ein Nachteil, den man jedoch bedenken muss, ist, dass Silberoxidbatterien auslaufen können, wenn sie ausgedient haben. Normalerweise haben sie eine Lebensdauer von ungefähr fünf Jahren von dem Zeitpunkt an, wo sie in Gebrauch genommen werden. Bis vor Kurzem enthielten alle Silberoxidbatterien Quecksilber (ca. 0,2%).

Alkaline (LR)

Siehe Beschreibung unter Haushaltsbatterien.

Quecksilberoxid (MR)

Seit 1999 ist es verboten, diese Art von Batterie zu vermarkten, da sie aufgrund ihres hohen Quecksilbergehalts extrem umweltschädlich ist.

Chemisches System – Sekundärbatterien (Wiederaufladbare Batterien / Akkumulatoren)

Wiederaufladbare Batterien bzw. Akkumulatoren werde heutzutage immer öfter verwendet. Besonders für Geräte, die viel Strom verbrauchen und wo die Batterien oft ausgewechselt werden müssen – z. B. schnurlose Telefone, Videokameras, Elektrowerkzeuge o. Ä. Durch die Verwendung von Akkus können Sie nämlich Geld sparen und die Umwelt schonen.

Wiederaufladbare Batterien (bzw. Akkumulatoren oder Sekundärbatterien) können in folgende chemische Systeme eingeteilt werden:

Nickel-Cadmium (NiCd)
NiCd-Akkus sind einer der ältesten Batterietypen, die es heutzutage gibt. NiCd-Akkus sind gut geeignet für die Verwendung bei hoher Strombelastung, wie sie z. B. elektrische Werkzeuge erfordern. Obwohl sie eine gute Leistungsfähigkeit haben, sind sie sehr empfänglich gegenüber dem ”Memory-Effekt” (der Bildung großer Kristalle in der Zelle, die gradweise die Wirkung des Akkus verringert). Es ist daher wichtig, den Akku regelmäßig ganz zu entladen und ganz aufzuladen, um die Effektivität des Akkus zu bewahren. Nickel-Cadmium-Akkus gehören tatsächlich zu den widerstandsfähigsten Batterietypen, die es gibt, und funktionieren darüber hinaus gut bei niedrigen Temperaturen. Es ist jedoch besser, den Akku nicht zu lange im Ladegerät zu lassen, wenn er voll aufgeladen ist, und ihn regelmäßig zu benutzen. Er hat darüber hinaus eine relativ hohe Selbstentladung und muss nach der Lagerung daher wieder aufgeladen werden. Diese Art von Batterie wird als umweltschädlich klassifiziert, deshalb ist es wichtig, dass der Akku auf verantwortliche Weise entsorgt wird, wenn er reif dazu ist, ersetzt zu werden. Der Akku kann bis zu 150-mal aufgeladen werden, wenn er korrekt gebraucht und instand gehalten wird.
Nickel-Metallhydrid (NiMH)
NiMH-Akkus sind heutzutage die am meisten verwendeten Akkumulatoren. NiMH-Akkus haben eine hohe Energiedichte und eine bis zu 40% längere Betriebszeit als entsprechende NiCd-Typen. NiMH-Akkus sind daher für verschiedene elektronische Apparate die natürliche, umweltfreundliche Alternative zum Ersatz von NiCd-Akkus geworden. NiMH-Akkus enthalten keine giftigen Schwermetalle. Diese Art von wiederaufladbarer Batterie ist auch weniger empfänglich gegenüber dem ”Memory-Effekt” als NiCd und muss lang nicht so oft ganz entladen oder ganz aufgeladen werden. Der Nachteil dieser Akkus ist, dass sie sich im Vergleich zu NiCd relativ schnell selbst entladen. Darüber hinaus sind NiMH-Akkus weniger widerstandsfähig als NiCd-Akkus. NiMH-Akkus können zum Beispiel Schaden nehmen, wenn sie überladen werden (d.h. wenn sie mehr als 24 Stunden im Ladegerät bleiben, nachdem sie voll aufgeladen sind). Ent- und Aufladen unter hoher Stromzufuhr und Aufbewahrung bei hohen Temperaturen verringern ebenso die Lebensdauer des Akkus erheblich. Der Akku kann zwischen 300-500-mal aufgeladen werden, abhängig davon, wie er verwendet und instand gehalten wird.
NiMH mit geringer Selbstentladung / LSD-NiMH / Hybrid / Vorgeladen
Hybridbatterien sind eine ganz neue Technologie, bei der man das Beste von Akkumulatoren mit dem Besten von Alkalinen kombiniert hat. Hybridbatterien sind deshalb auch direkt nach dem Auspacken einsatzbereit, da sie in der Fabrik vorgeladen wurden. Sogar nach einem Jahr wird immer noch Strom auf dem Akku sein. Hybridbatterien können zwischen 500-2000-mal aufgeladen werden (abhängig von der Verwendung), was sowohl für den Geldbeutel als auch die Umwelt gut ist.
Lithium-Ionen (Li-Ion)
Eine der neuesten Produktentwicklungen im Bereich umweltfreundliche Akkumulatoren sind Lithium-Ionen-Akkus. Die Anwendung dieses Akku-Typs steigt markant. Lithium-Ionen-Akkus haben die höchste Energiedichte aller Akkumulatoren uns sind daher besonders geeignet, um tragbaren Geräten Strom zuzuführen, wobei sowohl ein geringes Gewicht als auch eine lange Betriebszeit große Bedeutung haben. Beispielsweise für schnurlose Telefone. Ein Lithium-Ionen-Akku hat jedoch eine andere Spannung als andere Akkumulatoren und kann diese daher oft nicht direkt ersetzen. Lithium-Ionen-Akkus erfordern nicht so viel Instandhaltung wie andere Akkumulatortypen. Sie sind nicht dem ”Memory-Effekt” ausgesetzt und müssen nicht für eine längere Lebensdauer regelmäßig aufgeladen und entladen werden. Die Selbstentladung beträgt außerdem nur die Hälfte von der eines NiCd-Akkus. Sie benötigen jedoch einen integrierten Schaltkreis, der sie vor zu hoher Stromzufuhr und Spannung schützt, damit der Akku beim Aufladen nicht beschädigt wird. Der Akku kann zwischen 500-1000-mal aufgeladen werden, abhängig von der Verwendung und der Instandhaltung.
Lithium-Polymer (LiPoly oder LiPo)
Lithium-Polymer-Akkumulatoren haben viele der gleichen Vorteile und Nachteile wie Lithium-Ionen-Akkus, bloß in einer dünnen und leichten Ausgabe. Ein Unterschied ist jedoch, dass sie eine niedrigere Energiedichte haben und weniger oft aufgeladen werden können als Lithium-Ionen-Akkus. Ebenso wie Li-Ion haben sie aus Sicherheitsgründen einen integrierten Schutzschaltkreis. Diese Art von Akkumulator wird meist für Mobiltelefone und Laptops verwendet. Sie können zwischen 300-500-mal aufgeladen werden, abhängig davon, wie der Akku verwendet und instand gehalten wird.
Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4/ LFP)
Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren haben hohe Entladungsströme, sehr schnelle Ladezeiten (5 Minuten), eine hohe Energiedichte und explodieren nicht unter extremen Bedingungen, doch haben sie dafür eine niedrigere Spannung und geringere anfängliche Energiedichte als die normalen Lithium-Ionen-Akkus. Nach einem Jahr Gebrauch haben LFP-Akkus typischerweise die gleiche Energiedichte wie Lithium-Ionen-Akkus, doch nach mehr als einem Jahr in Verwendung haben LFP-Akkus eine höhere Energiedichte. Der Grund dafür ist, dass LFP-Akkus ihre Kapazität langsamer verlieren als die gewöhnlichen Lithium-Ionen-Akkus. LFP-Akkus und normale Lithium-Akkus sind beide umweltfreundlich. Die ganz großen Unterschiede zwischen diesen beiden Akku-Typen sind, dass der LFP-Akku nicht die gleichen Sicherheitsbegrenzungen hat wie Lithium in Hinblick auf Überhitzung und Explosion. Er hat eine 4-5-mal längere Lebensdauer, eine 8-10-mal größere Entladungskapazität als Lithium-Akkus, eine höhere Energiedichte und wiegt 30-40% weniger. Besonders die Autoindustrie hat diesem Batterietypus für sich entdeckt. Er kann 2000-mal aufgeladen werden (gilt bei Entladung bis zu 80% der Kapazität des Akkumulators).
Blei (VRLA-Akkumulator/ SLA - Sealed Lead Acid)
Dieser Typ Akkumulator ist bei der Verwendung in größeren Geräten, wo das Gewicht keine große Bedeutung hat, der wirtschaftlichste. Heutzutage werden Bleiakkumulatoren meistens als Startbatterien in Autos sowie für den Freizeitgebrauch in Booten, Campingwagen usw. verwendet. Sie sind jedoch auch in Verbraucherprodukten wie Staubsaugern, Gartengeräten, Alarmen, Datensicherung u. a. m. gebräuchlich. Dieser Akku-Typ ist als umweltschädlich klassifiziert. Bleiakkumulatoren werden zu 90% wiederverwertet, wenn sie korrekt entsorgt werden.

Bleiakkumulatoren haben die geringste Selbstentladung von allen Akkus und können daher bis zu einem Jahr ungenutzt liegen und dabei nur 40% ihrer Leistungsfähigkeit einbüßen. Jedoch muss der Akku immer voll aufgeladen aufbewahrt werden, da er beschädigt wird, wenn er im nicht aufgeladenen Zustand gelagert wird. Bleiakkumulatoren unterliegen außerdem nicht dem Einfluss des ”Memory-Effekts” und halten es aus, über einen längeren Zeitraum im Ladegerät zu sein, ohne Schaden zu nehmen. Ein Nachteil ist jedoch, dass das Aufladen nicht schnell geht. Die Ladezeit liegt normalerweise zwischen 8-16 Stunden.

Bleiakkumulatoren können zwischen 200-300-mal aufgeladen werden, abhängig davon, wie sie verwendet und instand gehalten werden.