Kurze Einführung in die unterschiedlichen Batterietypen
12. April 2021
Wenn es darum geht, ein Projekt mit Strom zu versorgen, müssen wir uns oft entscheiden, ob wir Batterien verwenden, um die Mobilität des Gesamtsystems zu erhöhen, oder ob wir andere Optionen, wie z.B. einfache 5-V-USB-Netzteile, zur Stromversorgung unseres Projekts nutzen wollen. Viele Anfänger zögern, Batterien in ein Projekt einzubauen, da die Kosten steigen, zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen und die Erfahrung fehlt. Dieser Beitrag soll als Einstieg in die Arbeit mit verschiedenen Batterien dienen, da hier einige der gängigsten Typen besprochen werden und worauf man bei der Arbeit mit bestimmten Batterien unbedingt achten muß!
Primär- versus Sekundärbatterien
Der einfachste Weg, eine Batterie zu kategorisieren, ist die Bestimmung, ob sie wiederaufladbar ist oder nicht. Nicht wiederaufladbare Batterien werden auch als Primärbatterien bezeichnet. Sie sind in der Regel günstig, leicht verfügbar, wartungsfrei und können sicher über einen längeren Zeitraum gelagert werden. Außerdem sind sie einfach zu handhaben und relativ sicher. Die beliebteste Primärbatterie ist die Alkaline-Batterie, aber auch andere Typen, wie z.B. Carbon-Zinc, sind erhältlich. Typischerweise werden Primärbatterien in Geräten eingesetzt, die über einen längeren Zeitraum geringe Ströme ziehen.
Sekundärbatterien hingegen sind wiederaufladbar und können über einen kurzen Zeitraum wesentlich höhere Ströme liefern. Diese Batterien sind in unserem modernen Leben allgegenwärtig geworden, da sie typischerweise Geräte wie Elektrowerkzeuge, Mobiltelefone und andere Unterhaltungselektronik betreiben. Der Nachteil solcher Batterien ist, daß sie in der Regel teurer sind als Primärbatterien. Darüber hinaus erfordern Sekundärbatterien oft auch aufwändigere Sicherheitsmechanismen, um katastrophale Ausfälle zu verhindern.
Gängige Primärbatterietypen und ihre Eigenschaften
Alkalibatterien sind der am häufigsten vorkommende Typ von Primärbatterien. Sie sind leicht zu finden und relativ preiswert. Außerdem haben Alkaline-Batterien aufgrund ihrer geringen Selbstentladung eine lange Haltbarkeit von typischerweise mehreren Jahren. Das macht sie perfekt, um sie in großen Mengen zu kaufen und zu lagern, bis Sie sie brauchen. Wie bereits erwähnt, werden Alkaline-Batterien typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die über einen längeren Zeitraum hinweg wenig Strom verbrauchen. Es ist zwar möglich, bescheidene Lasten mit diesem Batterietyp zu versorgen, aber aufgrund ihres hohen Innenwiderstands sind sie schnell erschöpft.
Lithium-Eisen-Disulfid-Batterien sind ein moderner Ersatz für Alkaline-Batterien. Sie überwinden einige der Probleme von Alkaline-Batterien, z.B. den hohen Innenwiderstand. Diese Batterien sind jedoch auch schwieriger zu finden und in der Regel teurer als Alkaline-Batterien.
Beliebte Sekundärbatterietypen
Viele Menschen kennen Blei-Säure-Batterien, da sie häufig in Fahrzeugen verwendet werden. Diese Sekundärbatterien sind in der Regel billiger als andere Arten von Akkus. Sie haben jedoch auch viele Nachteile. Diese Batterien vertragen Tiefentladungen nicht so gut, und es kann bis zu mehreren Stunden dauern, eine solche Batterie wieder aufzuladen. Außerdem sind Blei-Säure-Batterien oft groß und schwer. Diese Punkte machen sie in kleinen mobilen Anwendungen praktisch unbrauchbar. Sie sind jedoch nützlich in Fahrzeugen und als Backup-Batterien in unterbrechungsfreien Stromversorgungen.
Eine kurze Einführung in die Batterietypen
Eine weitere Sekundärbatterie ist die Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd), die Sie häufig in vielen akkubetriebenen Werkzeugen finden können. NiCd-Akkus können eine sehr hohe Stromstärke liefern und lassen sich in der Regel schnell und einfach wieder aufladen. Nachteilig ist, daß diese Akkus eine hohe Selbstentladung haben, die noch höher ist, wenn der Akku voll geladen ist. NiCd-Akkus sind außerdem hochgiftig, was ein Grund dafür ist, daß Nickel-Metall-Hydrid-Akkus (NiMH) eine gute Alternative sind. NiMH-Akkus haben die gleichen Eigenschaften wie NiCd-Akkus, sind aber weniger giftig.
Li-Ionen-Batterien sind eine weitere wichtige Gruppe von Sekundärbatterien, und es gibt sie in vielen verschiedenen Typen, die nach ihren aktiven Materialien benannt sind. Heutzutage finden Verbraucher Li-Ion-Batterien häufig in verschiedenen Anwendungen, die von Unterhaltungselektronik über Elektrowerkzeuge bis hin zu Elektrofahrzeugen reichen. Diese kleinen und leichten Batterien können sehr hohe Ausgangsströme liefern. Ein Nachteil von Li-Ion-Batterien ist jedoch ihr hoher Preis und die Notwendigkeit einer Schutzschaltung, die verhindert, daß die Zellen zu stark geladen oder tief entladen werden.
Zusammenfassung
Der einfachste Weg, einen Akku zu kategorisieren, ist die Frage, ob man ihn wieder aufladen kann. Primärbatterien sind nicht wieder aufladbar, während Sekundärbatterien wieder aufgeladen werden können. Primärbatterien werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die über einen langen Zeitraum wenig Strom benötigen, da sie eine gute Haltbarkeit und einen hohen Innenwiderstand haben. Typischerweise sind Primärbatterien auch billig, leicht verfügbar und einfach zu verwenden. Sekundärbatterien hingegen können oft viel höhere Ströme liefern. Das ist ein Grund, warum Ingenieure sie oft in Anwendungen einsetzen, die hohe Ströme in kurzen Stößen benötigen. Wiederaufladbare Batterien sind in der Regel teurer und nicht so einfach zu handhaben. Außerdem erfordern viele Arten von Sekundärbatterien, wie z.B. Li-Ion, einen Schutz, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und katastrophale Ausfälle zu verhindern.