Batterien

Manche von ihnen sind nicht größer als ein Fingernagel – dennoch stellen sie genug elektrische Energie bereit, um damit Fernbedienungen, Uhren, Funk-Mäuse, Taschenlampen und zahlreiche weitere Gegenstände für eine gewisse Zeit mit Strom zu versorgen. Das ist selbst in unserer hochtechnisierten Welt immer noch ein kleines Wunderwerk.

Möglich wird dies durch bestimmte elektrochemische Vorgänge. Letztendlich basieren jede Batterie und jeder Akku auf einer sogenannten galvanischen Zelle. Diese macht es sich zunutze, dass unterschiedliche Elemente eine unterschiedliche Anzahl von Elektronen besitzen. Unter den richtigen Voraussetzungen kann zwischen zwei solchen Elementen ein Elektronenfluss gestartet werden. Fließende Elektronen wiederum sind gleichbedeutend mit elektrischem Strom.

In ihrer simpelsten Ausprägung besteht eine solche galvanische Zelle aus den folgenden Teilen:

• Zwei räumlich voneinander getrennte, aber durch elektrische Leiter miteinander verbundene Zellen in einer Elektrolytflüssigkeit.
• Eine Zelle, in der sich ein unedles Metall mit einem Elektronenüberschuss befindet.
• Eine zweite Zelle, in der sich ein edles Metall befindet.

Grafisch stellt sich dieser Aufbau folgendermaßen dar:

Sobald in dieser galvanischen Zelle eine elektrische Verbindung zwischen beiden Elektroden besteht, beginnt Gleichstrom zu fließen – etwa, wenn Sie dazu einen Schalter umlegen.

Was die Energieversorgung von typischen Geräten anbelangt, so teilt man fachsprachlich die galvanischen Zellen in zwei Arten ein:

• Eine Primärzelle meint eine Batterie in dem Sinn, wie Sie sie in dieser Kategorie des VIKING-Shops vorfinden. Die Materialien der Elektroden sind so ausgewählt, dass Elektronen nur in eine Richtung fließen können. Das bedeutet, es handelt sich landläufig um eine Einwegzelle, sie kann nicht mehr aufgeladen werden.
• Eine Sekundärzelle bezeichnet hingegen einen Akku(mulator). Diese Zelle besteht aus anderen Materialien. Dadurch können Elektronen auch in umgekehrter Richtung fließen, wenn von außen elektrischer Strom zugeführt wird. Die Zelle wird also wieder „aufgeladen“.

Allerdings macht eine galvanische Zelle allein vielfach noch keine Batterie. Der Grund dafür: Bei einer einzigen Zelle ist die Spannung und/oder die Kapazität teilweise nicht hoch genug für den praktischen Gebrauch. Die galvanische Zelle aus der oberen Grafik mit ihren Zink-Kupfer Elektroden würde beispielsweise nur 1,1 Volt abgeben, dies ist zu wenig Energie für viele Anwendungen.

Sie dürfen deshalb davon ausgehen, dass in einigen Batterien tatsächlich mehrere zusammengeschaltete Zellen stecken, um die Gesamtspannung oder Kapazität auf das benötigte Niveau zu bringen.

Hierin findet sich auch der Grund, warum es nach wie vor sinnvoll oder teilweise sogar nötig ist, auf Primärzellen-Batterien zu setzen – selbst wenn es hochwertige Akkus basierend auf Lithium gibt: Solche Lithium-Batterien sind generell unempfindlicher. Sie können ein Spannungsniveau länger halten – selbst dann, wenn die Umgebungsbedingungen (u. a. die Temperaturen) suboptimal sind. Sie sollten deshalb überall dort auf Batterien setzen, wo über lange Zeit ein sicherer Betrieb gewährleistet sein muss.

Für Akkus können nur bestimmte Materialien zum Aufbau ihrer Zellen herangezogen werden. In der Folge verfügen die meisten kompakten Akkus über eine etwas geringere Spannung als nicht-wiederaufladbare Batterien.

So hat ein Akku im typischen AA-Format eine Spannung von 1,2 Volt, eine Batterie hingegen 1,5 Volt. Viele Elektrogeräte können zwar selbst mit einer solchen Unterspannung problemlos funktionieren, bei anderen hingegen kann der Betrieb mit Akkus zu Störungen führen oder sogar kein Betrieb möglich sein.

Im Laufe der Zeit hat sich auch die Zusammensetzung der kleinen Stromspeicher weiterentwickelt. Varianten auf Basis von Zink und Kupfer haben mittlerweile ausgedient. Die folgenden Materialien sind heute üblich:

• Zink-Kohle-Batterien: Sie waren über Jahrzehnte das Maß aller Dinge und kommen heute nur noch für extrem günstige Angebote zum Einsatz. Sie basieren auf einer Kathode aus Mangandioxidpulver, einer Anode aus Zink mit einem integrierten Graphitstab („Kohle“). Die Anode stellt gleichzeitig die Außenhülle dar. Als Elektrolyt dient Ammoniumchloridlösung in einem getränkten Pappstreifen.
  
  Da die Zink-Außenhülle durch Entladung immer dünner wird, besteht bei entladenen Batterien große Auslaufgefahr. Deshalb sind die Zink-Kohle-Batterien heute kaum noch zu finden.
  
  
• Alkali-Mangan-Batterien (auch als Alkali-Batterie oder Alkaline bekannt) basieren auf einer Kathode aus Mangandioxid und einer Anode aus Zinkpulver-Gel – jedoch umgekehrt angeordnet wie bei einer Zink-Kohle-Batterie. Als Elektrolyt kommt Kalilauge in einem getränkten Pappstreifen zum Einsatz.
  
  Dies ist die heute mit weitem Abstand gebräuchlichste Bauform – sie punktet zudem mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis. Diese Variante ist deutlich auslaufsicherer, einerseits durch die Anordnung von Anode und Kathode und zudem, weil alles mit einem zusätzlichen metallischen Außenbecher verkleidet ist. Bei der Zink-Kohle-Batterie übernimmt die Anode diese Rolle.

Darüber hinaus existiert eine Reihe von speziellen Aufbauten, die jedoch vor allem in Nischenanwendungen mit speziellen Ansprüchen eine Rolle spielen – etwa bei einem Kamerablitz, sehr leistungsfähigen Taschenlampen und ähnlichem. Lithium-Eisensulfid-Batterien bieten für solche Anwendungen eine besonders hohe Leistung selbst unter widrigen Bedingungen. Sie sind aber aufgrund ihrer Konstruktion und den verwendeten Materialien um einiges teurer.

Besonders für sehr kleine Batterien, wie sie etwa in Quarzuhren zum Einsatz kommen, verwendet man alternativ Silberoxid-Zink-Batterien.

Übrigens gelten all diese Varianten als sogenannte Trockenbatterie – obwohl sie ein Elektrolyt verwenden. Dieses ist jedoch in irgendeiner Form gebunden oder Gel-artig und nicht flüssig in einem Tank, wie beispielsweise bei einer Autobatterie.

Über die Größe einer Batterie gibt ein Buchstabenkürzel Auskunft. Die Trockenbatterie wurde Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt. Die ersten Anwendungen für Verbraucher waren Taschenlampen. Deren Form gab auch die der Batterie vor. Die D-Zelle (siehe Tabelle) wurde bereits 1898 erfunden; 1907 folgte die AA- und 1911 die AAA-Batterie.

Grundsätzlich unterscheiden wir damals wie heute zwischen länglichen und sehr flachen Zylindern. Batterien in Form eines Quaders sind (mittlerweile) deutlich seltener. Hier finden sich bei den wichtigsten Bauformen die folgenden Abmessungen und Bezeichnungen:

Dazu sind verschiedene Besonderheiten zu berücksichtigen:

• Die Abmessungen aller Batterien können sich im Bereich von bis zu zirka einem Millimeter unterscheiden, je nach chemischer Zusammensetzung. Aus diesem Grund besitzen Batterieaufnahmen in der Regel einen federnden Pol und haben ein gewisses Übermaß, um die Abweichungen ausgleichen zu können.
• Die Handelsbezeichnungen sind nur diejenigen, die umgangssprachlich genutzt werden. Die wichtigsten professionellen Bezeichnungen hingegen sind die IEC-Codes der Internationalen Elektrotechnischen Kommission. Sie bestehen immer aus einem Buchstaben für die Bauform sowie einer oder zwei Ziffern für den exakten Typ.
• Die in der obenstehenden Tabelle genannten Typen stellen lediglich eine Auswahl der häufigsten Vertreter dar. In allen Bauarten gibt es noch viele weitere Abmessungen; insgesamt kennt allein die IEC 25 verschiedene Arten.

Im Zweifelsfall finden Sie bei fast jedem Gerät auch ohne eine Betriebsanleitung ein probates Hilfsmittel: Im Batteriefach findet sich in den meisten Fällen ein Aufkleber, eine Gravur oder ein andersartiger Hinweis auf die benötigte Bauform. In unserem Online-Shop können Sie die Auswahl komfortabel nach Ihrer gewünschten Größe filtern.