Batterien - starke Krafthappen für unterwegs

Batterien sind elektrische Energiespeicher und ermöglichen den Betrieb von Elektrogeräten unabhängig vom Stromnetz. Ohne Batterien wären viele mobile, elektrische Hilfsmittel nicht denkbar. Aber auch als Backup-Batterie für den unterbrechungsfreien Betrieb von Geräten, die im Normalfall aus dem Stromnetz versorgt werden, sind sie unentbehrlich.

Die Speicherfähigkeit von Batterien ist allerdings begrenzt, so dass diese je nach Typ der Batterien ausgetauscht oder geladen werden müssen. Diesbezüglich ist zwischen nicht ladbaren Primärbatterien und den aufladbaren Sekundärbatterien (Akkumulatoren) zu unterscheiden. Wiederaufladbare Batterien sind mit dem Schriftzug "rechargeable" gekennzeichnet. In der Betriebsanleitung des elektrischen Geräts ist angegeben, welcher Batterietyp für das jeweilige Gerät geeignet ist. Neben diesem grundsätzlichen Unterschied gibt es Batterien beider Arten mit verschiedensten Bauformen, Spannungen und Kapazitäten. Abhängig von den eingesetzten chemischen Materialien unterscheiden sich deren spezifischen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten.

Primärbatterien

Primärbatterien sind nicht wieder aufladbar, weil sich die Batterie bei der Entladung elektrochemisch verbraucht. Dafür ist oft Spannung, Kapazität und Lagerfähigkeit von Primärbatterien deutlich höher als bei den Akkus. Diese Batterien erhalten durch ihren Aufbau bereits bei der Herstellung die volle elektrische Ladung. Sie sind sofort voll einsetzbar, können wegen der geringen Selbstentladung aber auch über längere Zeit ungenutzt gelagert werden.

Sekundärbatterien (Akkumulatoren)

Akkus können durch ein Ladegerät wieder aufgeladen werden, so dass sie je nach Typ und Nutzung 1000 Lade-/Entladezyklen und mehr zulassen. Neue Akkus sind meist ungeladen und müssen daher vor der ersten Nutzung aufgeladen werden. Die angegebene Kapazität erreichen sie zudem erst nach einigen Lade- und Entladezyklen. Dem Vorteil einer längeren Gesamtnutzungszeit im Vergleich zu den Primärbatterien stehen auch einige Nachteile gegenüber. So ist die Kapazität für einen Entladezyklus deutlich geringer und die Selbstentladung zugleich höher. Daher müssen Akkus auch ohne intensive Nutzung relativ häufig "nachgetankt" werden. Die Akkus werden direkt im Gerät durch Anschließen eines [[Ladeadapter][Ladeadapters]] geladen oder müssen zuvor dem Gerät entnommen werden. Verwenden Sie nur ein Ladegerät, das für den jeweiligen Akkutyp bestimmt ist. Das Laden mit ungeeigneten Ladegeräten kann zur Zerstörung des Akkus und zu Bränden führen.

Wann ist die Primärbatterie und wann der Akku die richtige Wahl?

Die Anwendungsbereiche von Batterien und Akkus überschneiden sich. Viele Geräte lassen sich sowohl mit Primärbatterien als auch mit Akkus betreiben. Es gibt jedoch auch Bereiche, in denen eine klare Präferenz für jeweils einen Typ besteht. So werden Geräte, die dauerhaft mit Kleinspannungen bei sehr geringem Stromverbrauch betrieben werden, überwiegend mit Primärbatterien versorgt. Hierzu gehören beispielsweise Uhren, Fernbedienungen und Thermometer. Oft sind diese Geräte mit einem Batteriesatz über viele Monate betriebsfähig. Dagegen werden Geräte, die kurzzeitig einen hohen Strombedarf haben, mit leistungsstarken Akkus betrieben. Diese können nach einer Nutzung geladen werden, damit die volle Akkuleistung wieder zur Verfügung steht. Auch für die Überbrückung von Netzspannungsausfällen werden Akkus eingesetzt, da sie im Normalbetrieb durch eine im Gerät integrierte Ladeschaltung "im Saft gehalten" werden.

Bauformen

Standardzellen

Diese Batterien werden in vielen mobilen Geräten benutzt. Sie werden einfach in die vorhandene Batteriehalterung polrichtig eingesetzt und sind somit leicht austauschbar.

Für die Standardzellen sind verschiedene Bezeichnungssysteme verbreitet

Micro: weitere Bezeichnungen: AAA/R03/UM-4/LR03/AM-4
für mobile Kleingeräte wie Fernbedienung, Telefon etc.; Spannung: 1,5 Volt (Akku: 1,2 Volt) Kapazität: ~ 1000 mAh; Größe: 45 mm Länge, 10,3 mm Durchmesser;
Mignon: weitere Bezeichnungen: AA/R6/UM-3/LR6/AM-3
für mobile Kleingeräte wie Taschenlampen, Multimediaplayer etc.; Spannung: 1,5 Volt (Akku: 1,2 Volt) Kapazität: ~ 2000 mAh; Größe: 51 mm Länge, 14,3 mm Durchmesser;
Baby: weitere Bezeichnungen: C/R14/UM-2/LR14/AM-2
für Stablampen und andere mobile Geräte; Spannung: 1,5 Volt Kapazität: ~ 8000 mAh; Größe: 50 mm Länge, 27 mm Durchmesser;
Mono: weitere Bezeichnungen: D/R20/UM-1/LR20/AM-1
für größere, mobile Geräte; Spannung: 1,5 Volt Kapazität: ~ 20.000 mAh; Größe: 62 mm Länge, 35 mm Durchmesser;
E-Block: weitere Bezeichnungen: 6F22/6LR61/AM-6
für Kleingeräte mit höherem Spannungsbedarf; Spannung: 9 Volt Kapazität: ~ 600 mAh; Größe: 48,5 mm Länge, 26,2 mm Breite, 17 mm Höhe;
Flachbatterie: weitere Bezeichnungen: 3R12/1203 3LR12
Zink-Kohle-Batterie für ältere Taschenlampen; Spannung: 4,5 Volt Kapazität: ~ 6.000 mAh; Größe: 67 mm Länge, 62 mm Breite, 22 mm Höhe;

Des weiteren sind Fotobatterien in verschiedenen Ausführungen und Bezeichnungen erhältlich. Für diese Batterien werden Datenblätter und Vergleichslisten veröffentlicht, die die Auswahl von Zellen zum Austausch erleichtern.

Knopfzellen

Für Kleinstgeräte (Uhren, Taschenrechner, Hörgeräte, Minilampen etc.), aber auch für die Montage auf Leiterplatten sind Knopfzellen mit und ohne Lötfahnen verfügbar. Diese versorgen die sparsamen Verbraucher über viele Monate und müssen daher nur selten ausgetauscht werden. Die Typenbezeichnung und Spannung ist auf der Knopfzelle angegeben, so dass aus diesen Angaben die richtige Knopfzelle zum Austausch bestimmt werden kann.

Spezialzellen

Für viele Geräte (Handys, Notebooks, Camcorder u.a.) werden auch Spezialzellen hergestellt, die nur für Geräte eines Herstellers oder sogar nur ein spezielles Produkt bestimmt sind. Mitunter sind diese Batterien über Steckverbindungen angeschlossen, so dass diese ausgetauscht werden können. In einigen Geräten sind sie jedoch fest eingebaut und verlötet, so dass ein Austausch nur mit Fachkenntnissen möglich ist. Für letztere Fälle werden auch Zellen mit Lötfahnen angeboten.

Spannung und Kapazität

Die Spannung einer Batterie hängt von dem elektrochemischen Aufbau und der Anzahl der Zellen ab. Die Zellenspannung wird durch das Spannungsgefälle zwischen den beiden Elektrodenmaterialien der Zelle bestimmt. Durch Reihenschaltung mehrerer Zellen innerhalb der Batterie kann eine Batteriespannung erzielt werden, die das Vielfache dieser Zellenspannung beträgt. Bei einer Zellenspannung von 1,5 Volt kann so durch Reihenschaltung von 3 Zellen eine Batteriespannung von 4,5 Volt erzielt werden.

Die Kapazität der Batterien ist abhängig vom Typ, der Größe und der Anzahl parallel geschalteter Zellen. Die Kapazität von Akkumulatoren wird meist auf der Zelle angegeben, seltener geschieht dies bei Primärbatterien. Die Angaben kann man aus den Datenblättern des Herstellers entnehmen. Die Angabe erfolgt in Amperestunden beziehungsweise Milliamperestunden und gibt die Dauer der Leistungsabgabe abhängig vom Entladestrom an.

Elektrochemische Typen

Batterien

Zink-Kohle: 1,5 Volt je Zelle, veraltet
Alkali-Mangan: 1,5 Volt je Zelle, preiswert und leistungsfähig, für allgemeine Anwendungen
Lithium: bis 3,6 Volt je Zelle, hohe Energiedichte, für spezielle Anforderungen
Lithium-Eisensulfid: 1,5 Volt je Zelle, Vorteile einer Lithiumbatterie als Ersatz für eine Standardbatterie
Zink-Luft: 1,5 Volt je Zelle, kann bei Luftabschluss unbegrenzt gelagert werden

Akkumulatoren

NiCd - 1,2 Volt je Zelle, leistungsstark, jedoch schneller Verschleiß durch Memoryeffekt, gilt wegen des Schwermetalls Cadmium als umweltbelastend
NiMH - 1,2 Volt je Zelle, ersetzt NiCad-Akkus bei allgemeinen Anwendungen
Li-Ionen - 3,7 Volt je Zelle, hochwertige, leistungsstarke Akkus für Handy, Laptop u.a.
Lithium-Polymer - 3,7 Volt je Zelle, besonders kompakt herstellbare Akkus mit hervorragender Leistung
Bleiakku - 2 Volt je Zelle, robuste, starke Akkus u.a. als Starterbatterie in Kraftfahrzeugen
Bleigelakku - 2 Volt je Zelle, z.B. als Backup-Akkus in unterbrechungsfreien Stromversorgungen

Batterie-Anwendungen

Gerätebatterien dienen der Stromversorgung mobiler, elektrischer Kleingeräte.
Starterbatterien dienen im Kraftfahrzeug dem Starten des Motors und zum Teil der Bordspannungsversorgung.
Traktionsbatterien versorgen den Motor eines Elektrofahrzeugs mit Fahrstrom.
Backup-Batterien dienen als stationäre Batterien der unterbrechungsfreien Stromversorgung.
Handyakkus und Notebookakkus sind speziell auf das jeweilige Gerät abgestimmte Akkumulatoren.

Weitere Links zum Thema

Mit diesem Thema in Beziehung stehen auch die Suchbegriffe Brennstoffzellen, Netzteil und Solartechnik (Stromerzeugung) aus unserer Kategorie Elektrotechnik.