Verschiedene Batterietypen:Ein umfassender Leitfaden

Alle elektronischen Geräte benötigen eine Stromquelle, um zu funktionieren. Übrigens sind Batterien die häufigste Energiequelle in der modernen Welt. Denn sie ermöglichen die Elektronikfertigung tragbarer Geräte.

Man könnte sagen, dass die gesamte Elektronikindustrie von Batterien abhängt. Wenn Sie jedoch ein Anfänger in der Elektronik sind, versuchen Sie höchstwahrscheinlich, den besten Batterietyp für Ihr nächstes Elektronikprojekt zu ermitteln. Der folgende Leitfaden behandelt alle verschiedenen Arten von Batterien, was sie einzigartig macht und ihre Verwendung.

Was ist eine Batterie?

Ein Stapel Batterien

Batterien sind Energiespeicher. Traditionell haben wir Batterien verwendet, um kleine elektronische Geräte wie Taschenlampen mit Strom zu versorgen. Batterien finden Sie jedoch in jedem Gerät, das heutzutage eine tragbare Stromquelle benötigt, um zu funktionieren.

Da ihre Anwendungsfälle und Zwecke variieren können, gibt es Batterien in allen Formen und Größen. Zum Beispiel können wir nicht hoffen, AAA-Batterien zu verwenden, um ein Auto optimal mit Strom zu versorgen. Daher benötigen Autos eine speziell dimensionierte wiederaufladbare Batterie, um richtig zu funktionieren.

Wie funktionieren Batterien?

Batterien speichern elektrische Energie als chemische Energie. Wenn wir eine (wiederaufladbare) Batterie aufladen, wandelt sie die elektrische Energie um und speichert sie als chemische Energie. Wenn wir den Sturm verwenden, findet eine chemische Reaktion statt und die Batterie gibt ihre Ladung als Elektrizität ab.

Batterie- und Lampenkreis

Zum Beispiel benötigt die Lampe in der obigen einfachen Schaltung ein Meer von Elektronen, um durch sie zu fließen, um zu funktionieren. Dementsprechend liefert die Batterie die Schubkraft, die erforderlich ist, um die Elektronen durch die Lampe zu treiben. Wir müssen das Licht an die positiven und negativen Pole der Batterie anschließen, um den Stromkreis zu vervollständigen. Wenn im Sturm genügend Ladung vorhanden ist, leuchtet die Lampe auf.

Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass die Batterie die Elektronen nur für eine begrenzte Zeit durch den Stromkreis schieben kann. Diese zeitliche Begrenzung ist im Wesentlichen abhängig von der Menge der gespeicherten Energie (Ladung) und der Nachfrage durch den Verbraucher. In unserem Beispiel ist die Lampe unsere Last, und der Markt bezieht sich auf die Energie, die zum Funktionieren benötigt wird. Somit ist die Tasche jede Komponente, die Strom benötigt, um zu funktionieren. Bei Leiterplatten können diese Komponenten Dioden, Mikrochips (integrierte Schaltkreise) usw. sein.

Unterschied zwischen einer Zelle und einer Batterie

Nahaufnahme verschiedener Batterietypen

Eine elektrische Zelle ist eine einzelne Einheitskomponente, die im Grunde genauso funktioniert wie eine Batterie – sie wandelt chemische Energie in Elektrizität um. Ein Sturm ist eine Gruppe oder Ansammlung von Zellen. Dennoch ist die beliebteste Form einer elektrischen Zelle die Knopfzelle. Die Leute bezeichnen es auch als Münzbatterie. Diese Aktion ist nicht unbedingt falsch. Eine einzelne Zelle kann sich in einer Gruppe befinden, die eine Batterie bildet.

Batterietypen

Vektorbilder von Batterien

Batterien fallen in zwei Hauptkategorien:

• Primärbatterien: Einwegbatterien, die wir nicht aufladen können. Daher werden sie manchmal als Einweg- oder Wegwerfbatterien bezeichnet. Der größte Vorteil dieser Batterien ist, dass sie sofort nach dem Zusammenbau Strom erzeugen können. Wir verwenden sie oft in tragbaren Geräten mit geringem Stromverbrauch oder intermittierender Verwendung.
• Sekundärbatterien: Wir bezeichnen diese Batterien oft als wiederaufladbare Batterien. Hersteller montieren sie typischerweise mit den aktiven Materialien im entladenen Zustand. Benutzer können sie dann durch Anlegen von elektrischem Strom wieder aufladen. Übrigens kehrt das Aufladen die chemischen Reaktionen um, die während seiner Verwendung auftreten. Wir führen das Aufladen mit Geräten durch, die wir als Ladegeräte und/oder Wiederaufladegeräte bezeichnen. Das Auf- und Entladen kann je nach Batterietyp (Material) mehrfach erfolgen.

Arten von Primärbatterien:

• Zink-Kohle-Batterie

Zink-Kohle-Batterie
Quelle:Wikimedia Commons

Zink-Kohle-Batterien sind die kostengünstigsten Primärbatterien für Haushalte. Sie verteilen den Strom durch eine chemische Reaktion zwischen zinksaurem Mangandioxid. Der größte Nachteil von Zink-Kohle-Batterien ist jedoch ihre geringe Leistungsabgabe. Allerdings ergibt sich daraus auch eine geringe Selbstentladung, was ihnen eine außergewöhnliche Lagerfähigkeit beschert. Zink-Kohle-Batterien eignen sich am besten für Uhren und Fernbedienungen.

• Alkaline-Batterie

Bild einer Alkalibatterie

Pixabay

Nicht wiederaufladbare Alkalibatterien sind die am häufigsten verwendeten Primärbatterietypen für den Haushalt. Sie nutzen eine elektrochemische Reaktion zwischen Zinkmetall und Mangandioxid, um Ladungen zu halten und zu verteilen. Ihre aktuelle Beliebtheit verdanken sie übrigens ihrer hohen Power-per-Use. Zumindest im Vergleich zu Kohle-Zink-Batterien (und den meisten Sekundärbatterien). Darüber hinaus haben sie in der Regel eine überlegene Haltbarkeit.

Lithium-Batterie (oder Lithium-Metall-Batterien)

Lithium-Knopfzelle
Quelle:Wikimedia Commons

Primäre Lithiumbatterien verwenden ein metallisches Lithiummaterial als Anode. Übrigens übertreffen sie aufgrund ihrer hohen Ladungsdichte Zink-Kohle- und Alkalibatterien im Stromverbrauch. Darüber hinaus haben Lithium-Metall-Batterien und -Zellen eine unglaubliche Haltbarkeit.

Sie können weit über ein Jahrzehnt halten und bei niedrigen Temperaturen arbeiten. Lithiumbatterien sind jedoch aufgrund ihrer hohen Produktionskosten nicht so beliebt oder leicht verfügbar wie Zink-Kohle- und Alkalibatterien.

Dennoch können Lithium-Metall-Batterien und -Zellen Spannungen zwischen 1,5 V und 3,7 V erzeugen. Daher verpacken Hersteller sie typischerweise in kleineren Formfaktoren.

Größere Lithiumbatterien haben ein höheres Risiko der Instabilität, aber wir können sie immer noch in militärischen Anwendungen einsetzen.

Silberoxidbatterie

Eine Sammlung von Silberoxidbatterien von Maxell
Quelle:Silberoxidbatterien

Silberoxidbatterien sind in Japan weit verbreitet, aber nicht so sehr im Rest der Welt. Sie verwenden Silberoxid für ihre Kathoden und Zink für ihre Anoden. Obwohl sie eine hohe Energiedichte haben, sind sie ziemlich teuer. Wir können dies auf das für ihre Herstellung benötigte Kathodenmaterial (Silber) zurückführen. Silber ist ein Edelmetall. Daher verwenden wir sie hauptsächlich in Münzbatteriedesigns, bei denen die benötigte Silbermenge gering ist.

Zink-Luft-Batterie

Zink-Luft-Knopfbatterien
Quelle:Wikimedia Commons

Viele Menschen halten Zink-Luft-Batterien für akzeptable Alternativen zu Silberoxid-Batterien. Sie nutzen den Sauerstoff aus der Umgebungsluft als Kathode, während die Anode in der elektrischen Zelle untergebracht ist. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte eignen sie sich am besten für medizinische Geräte wie Hörgeräte und Herzschrittmacher. Ihre lange Lebensdauer können wir übrigens ihrer Beschaffenheit und Struktur zuschreiben.

Quecksilberbatterie

Quecksilberbatterie
Quelle:Wikimedia Commons

Eine Quecksilberbatterie (auch bekannt als Quecksilberoxidbatterie/-zelle oder Ruben-Mallory-Batterie) ist eine nicht wiederaufladbare Batterie, die eine elektrochemische Reaktion zwischen Quecksilberoxid- und Zinkelektroden in einem alkalischen Elektrolyten nutzt. Sie haben eine höhere Kapazität als Zink-Kohle-Batterien und liefern eine konstante und zuverlässige Leistung.

Typischerweise werden Quecksilberbatterien normalerweise in Form von Knopfbatterien geliefert. Sie waren während des 2. Weltkriegs im Trend. Heutzutage ist es jedoch fast unmöglich, sie zu finden. Aufgrund der Toxizität von Quecksilber für die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben jedoch viele Länder seinen Verkauf verboten.

Arten von Sekundärbatterien:

• Wiederaufladbare Alkalibatterie

Wiederaufladbare Alkalibatterie
Quelle:Wikimedia Commons

Der wiederaufladbare Version von Alkalibatterien ist die günstigste wiederaufladbare Batterie. Außerdem haben sie eine lange Haltbarkeit. Sie sind praktisch für Anwendungen mit mittlerer Leistung. Trotz ihrer kurzen Lebensdauer (im Vergleich zu anderen Sekundärbatterien) liegen sie immer noch im Trend. Da sie keine giftigen Materialien verwenden, können Benutzer sie bedenkenlos auf regulären Deponien entsorgen – sofern die örtlichen Vorschriften dies zulassen.

Nickel-cadmium

Nickel-Cadmium-Batterie
Quelle:Wikimedia Commons

Wiederaufladbare Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd) sind wegen ihrer Robustheit und Zuverlässigkeit sehr beliebt. Sie haben einen vielfältigen Betriebstemperaturbereich und eine lange Lebensdauer. Darüber hinaus, und das ist am wichtigsten, haben sie eine hohe Leistungsfähigkeit. Sie haben jedoch tendenziell eine geringe Laufzeit pro Ladung. Ein weiterer Nachteil ist ihre generell hohe Selbstentladungsrate (30 % pro Monat). Aber das ist kein großes Problem, wenn man bedenkt, dass sie wiederaufladbar sind.

Ein weiteres unerwünschtes Merkmal von Nickel-Cadmium liegt jedoch in seiner Zusammensetzung. Etwa 15 % der meisten Ni-Cd-Akkus bestehen aus giftigem, krebserregendem Cadmium. Daher dürfen Verbraucher und Hersteller sie nicht auf Deponien entsorgen. Wir müssen sie sorgfältig recyceln.

Nickel-Metallhydrid

Nickel-Metallhydrid-Akkupack
Quelle:Wikimedia Commons

Wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) sind eine verbesserte Iteration alter Nickel-Cadmium-Akkus. Sie liefern die gleiche Spannung, bieten aber bis zu 30 % mehr Kapazität. Darüber hinaus verfügen sie über hervorragende Hochstromfähigkeiten und lange Zyklenlebensdauer.

Nickel-Metallhydrid-Akkus können jeden Monat bis zu 40 % ihrer Ladung entladen. Die Selbstentladungsrate von Nickel-Metallhydrid-Batterien ist jedoch enttäuschend höher als bei Nickel-Cadmium-Batterien. Allerdings sind Nickel-Metallhydrid-Akkus Nickel-Cadmium-Akkus immer noch überlegen, da sie kein giftiges Cadmium enthalten.

Trotzdem enthalten sie noch große Mengen an Nickeloxiden und Spuren von Kobalt. Diese können für Säugetierorganismen krebserregend sein. Daher sollten Sie Nickel-Metallhydrid-Akkus sorgfältig recyceln.

Lithium-Ionen-Akku

Lithium-Ionen-Akkus für Mobiltelefone

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind die neueste Art von Sekundärbatterien. Im Allgemeinen sind sie 30 % leichter als Nickel-Metallhydrid. Darüber hinaus bieten sie Nickel-Cadmium-Batterien mit mindestens einem Drittel mehr Leistungskapazität.

Lithium-Ionen-Batterien haben hervorragende Hochstromfähigkeiten. Darüber hinaus haben sie lange Zyklenlebensdauer. Außerdem haben sie eine Selbstentladungsrate von 20 % pro Monat. Wir können also vermuten, dass Lithium-Ionen-Akkus den Cadmium-basierten Akkus in fast allen Punkten überlegen sind. Allerdings sind sie nicht so robust. Beispielsweise sind Lithium-Ionen-Akkus anfällig für Überhitzung, was zu Bränden führen kann.

Darüber hinaus enthalten die meisten Lithium-Ionen-Batterien, obwohl sie frei von giftigem Cadmium sind, immer noch Spuren von Kobaltoxiden und Nickeloxiden. Auch diese Chemikalien sind krebserregend und schädlich für die menschliche Gesundheit. Daher müssen Sie Lithium-Ionen-Akkus sorgfältig entsorgen und recyceln.

Blei-Säure-Batterie

Die Blei-Säure-Batterien sind üblicherweise Teil des elektrischen Systems eines Kraftfahrzeugs

Blei-Säure-Batterien sind die begehrtesten Akkutypen der Welt. Dies liegt vor allem an ihrer Zuverlässigkeit und der finanziellen Machbarkeit ihrer Herstellung. Trotzdem sind sie nicht sehr tragbar, da sie dazu neigen, sperrig, schwer und überdimensioniert zu sein. Darüber hinaus ist Blei eine hochgiftige krebserregende chemische Verbindung.

Daher dürfen wir Blei-Säure-Batterien nicht auf regulären Deponien und Mülldeponien entsorgen. Hersteller recyceln und verwenden alte tote und beschädigte Blei-Säure-Batterien wieder, um neue Blei-Säure-Batterien herzustellen.

Warum sind nicht alle Batterietypen wiederaufladbar?

Vektorbild zum Laden des Akkus

Wenn wir eine Sekundärbatterie aufladen, zwingen wir nicht nur Elektronen zurück in den Sturm, sondern bringen auch die chemischen Materialien in der Batterie in ihren ursprünglichen geladenen Zustand zurück. Wenn Hersteller Primärbatterien herstellen, montieren sie die Materialien in geladenem Zustand. Die Verwendung der Ladung in einer Primärbatterie rekonfiguriert die darin enthaltenen Materialien permanent. Nach dem Neukonfigurationsprozess kann es keine weitere Bestellung halten.

Auf der anderen Seite aktivieren Sekundärbatterien eine chemische Reaktion, um Ladung abzugeben und durch Wiederaufladen in ihren ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Natürlich müssen sie bestimmte Materialien und Chemikalien verwenden, die mit diesen Änderungen kompatibel sind.

Batterieanwendungen

Mann, der eine Autobatterie überprüft

Einige der häufigsten Anwendungen für Batterien sind:

• Alarme
• Kommunikationsschaltkreise
• Uhren
• Fernbedienungen
• Herzschrittmacher
• Hörgeräte
• Drahtlose Headsets
• Kraftfahrzeuge
• Drahtlose Computerperipheriegeräte (Tastaturen und Mäuse)
• Handheld-Gaming-Geräte (Game Boys)
• Smartwatches

Wie wähle ich eine Batterie aus?

Frau mit einem Stapel verschiedener Batterietypen

Nachdem Sie nun mit allen verfügbaren Batterietypen vertraut sind, müssen Sie entscheiden, welcher für Ihr Projekt am besten geeignet ist. Wenn Menschen sich für Batterien entscheiden, neigen sie dazu, Kosten und Leistung in Einklang zu bringen. Es gibt jedoch andere Spezifikationen, die Sie berücksichtigen sollten. Dazu gehören:

• Batterietyp: Primär (nicht wiederaufladbar) oder sekundär (wiederaufladbar)
• Kapazität: Die Menge an Energie/Elektrizität, die eine Last aus einer Batterie entladen kann. Wir bezeichnen dies normalerweise mit amp-hr. Beispielsweise kann ein 500-mAh-Akku einen Milliampere pro Stunde entladen.
• Haltbarkeit: Die Zeit, die ein Akku seine Ladung halten kann, wenn er nicht verwendet wird.
• Batteriebetriebstemperatur: Zeigt wie heiß ein Akku wird, während Sie ihn verwenden oder aufladen. Folglich hilft Ihnen diese Spezifikation bei der Entscheidung, ob Sie einen Kühlkörper oder Kühler für Ihre Batterie benötigen.
• Aufladerate: Beschreibt, wie schnell ein Akku einen Akku aufladen kann
• Akkulaufzeit: Beschreibt, wie oft wir eine Sekundärbatterie aufladen und entladen können. Alternativ können wir es verwenden, um anzugeben, wie lange wir eine Primärbatterie verwenden können.

Schlussfolgerung

Es gibt keine Einzelbatterielösungen auf dem Markt für alle tragbaren batteriebetriebenen Geräte. Da elektronische Geräte in allen Formen, Größen und Robustheiten erhältlich sind, benötigen sie eine Stromquelle, die für ihre Platz- und Lastanforderungen am besten geeignet ist. Somit existiert eine Vielzahl von Batterien mit ihren Vor- und Nachteilen. Der obige Ratgeber hat dies durch die Ausstellung aller derzeit erhältlichen Batterietypen unterstrichen. Denken Sie daran, gebrauchte Batterien sorgfältig zu entsorgen und zu recyceln. Trotzdem hoffen wir, dass Sie diesen Leitfaden als hilfreich empfunden haben. Wie immer danke fürs Lesen.