Tragbare Geräte mit geringer Leistung werden oft mit kleinen Trockenzellen betrieben, die nicht wieder aufgeladen werden können. Zu Hause werden solche chemischen Einweg-Spannungsquellen als Batterien bezeichnet. Beliebt sind Batterien der Größen AA und AAA. Diese Buchstaben stehen für das äußere Format des Akkus. Die innere Anordnung kann ganz unterschiedlich sein. Es gibt verschiedene Arten von
Batterien in diesem Formfaktor, einschließlich wiederaufladbarer Batterien (wiederaufladbare Batterien).
Inhalt
- 1 Was ist eine Batterie?
- 2 Batteriearten
- 2.1 Nach chemischer Zusammensetzung
- 2.2 Größe
- 2.3 Nennspannung
- 3 Welche Batterien werden als Daumen- und Kleinfingerbatterien bezeichnet?
- 4 Grundlegende Spezifikationen für AA- und AAA-Batterien
Was ist eine Batterie?
Der Begriff "Batterie" ist nicht ganz korrekt. Eine Batterie ist eine Energiequelle, die aus mehreren Elementen besteht. Eine vollständige Batterie kann zum Beispiel als 3R12 (3LR12) - die "quadratische Batterie" (336 in der sowjetischen Klassifizierung) - bezeichnet werden, die aus drei Zellen besteht. Die Batterie besteht ebenfalls aus 6 Zellen des Typs 6R61 (6LR61) - "Crone", "Corundum". Die Bezeichnung "Batterie" gilt im Haushalt aber auch für einzellige chemische Energiequellen, einschließlich der Größen AA und AAA. In der englischen Terminologie wird eine einzelne Zelle als Cell und eine Batterie mit zwei oder mehr Spannungsquellen als Battery bezeichnet.
Die Zellen sind hermetisch verschlossene zylindrische Behälter. Die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie findet in den Zellen statt. chemische Energie in elektrische Energie. Die Reagenzien (Oxidationsmittel und Reduktionsmittel), die den EMK erzeugen, werden in ein Becherglas aus Zink oder Stahl gegeben. Der Boden des Bechers dient als Minuspol. In der Vergangenheit war die gesamte Außenfläche des Bechers dem Minuspol ausgesetzt, was jedoch häufig zu Kurzschlüssen führte. Auch die Oberfläche des Zylinders war korrodiert, was die Lebensdauer und Lagerzeit der Zelle verkürzte. Bei den heutigen Batterien wird auf der Außenseite eine Beschichtung aufgebracht, die vor Korrosion schützt und als Kurzschlussisolierung dient. Der Stromleiter des Pluspols ist ein Graphitstab, der nach außen führt.
Arten von Batterien
Batterien werden nach verschiedenen Kriterien eingeteilt. Der wichtigste ist die chemische Zusammensetzung - die Technologie, die zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird. Auch für praktische Anwendungen gibt es verschiedene Merkmale.
Nach der chemischen Zusammensetzung
Die Potenzialdifferenz an den Polen der galvanischen Zellen entsteht durch eine chemische Reaktion zwischen den Stoffen in der Elektrolytlösung und erlischt, wenn die Bestandteile vollständig reagiert haben. Die notwendigen Prozesse können auf verschiedene Weise erreicht werden. Nach diesem Kriterium werden die Batterien unterteilt in:
- Salzhaltige Batterien. Der traditionelle Batterietyp, der vor etwa 100 Jahren erfunden wurde. Die Reaktion zwischen Zink und Mangandioxid findet in einer Elektrolytumgebung statt, einer eingedickten Lösung von Ammoniumsalz. Diese Zellen sind nicht nur leicht und preiswert, sondern haben auch eine Reihe erheblicher Nachteile
- geringe Ladekapazität;
- bei der Lagerung zur Selbstentladung neigen;
- schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen.
Die Produktionstechnologie gilt als veraltet, weshalb diese Zellen auf dem Markt der galvanischen Zellen durch neuere Typen ersetzt wurden.
- Alkalische Zellen gelten als moderner. Sie sind auf die gleiche Weise aufgebaut, aber der Elektrolyt ist eine Alkalilösung (Kaliumhydroxid). Diese Batterien haben Vorteile gegenüber Alkalibatterien:
- höhere Kapazität und Tragfähigkeit;
- niedriger Selbstentladestrom für eine lange Haltbarkeit
- gute Funktion bei niedrigen Temperaturen.
Der Preis dafür ist ein höheres Gewicht und ein höherer Preis.
- Die derzeit fortschrittlichsten Zellen sind Lithiumbatterien (nicht zu verwechseln mit Lithium-Batterien!). Sie verwenden Lithium als "Plus"-Reagenz LithiumDas Minus kann unterschiedlich sein. Als Elektrolyt werden auch verschiedene Flüssigkeiten verwendet. Diese Technologie ermöglicht es, Zellen zu erhalten, die folgende Vorteile aufweisen:
- geringes Gewicht (weniger als andere Typen);
- lange Haltbarkeit aufgrund der sehr geringen Selbstentladung;
- höhere Kapazität und hohe Belastbarkeit.
Am anderen Ende der Skala stehen die hohen Kosten.
Diese drei Technologien werden für die Herstellung von AA- und AAA-Zellen verwendet. Es gibt zwei weitere Arten von Batterien, die erwähnenswert sind:
- Quecksilber;
- Silber.
Diese Technologien werden hauptsächlich zur Herstellung von scheibenförmigen Batterien verwendet. Diese Zellen haben Vor- und Nachteile, aber die Tage der Quecksilberbatterien sind gezählt - internationale Vereinbarungen sehen einen Rückgang der Produktion und ein völliges Verbot der Produktion in den nächsten Jahren vor.
Größenmäßig
Die Größe (oder vielmehr das Volumen) einer Batterie bestimmt eindeutig ihre elektrische Kapazität (innerhalb der Technologie) - je mehr Reagenzien in den Zylinder passen, desto länger ist die Reaktionszeit. Die Kapazität einer Salzwasserbatterie der Größe AA ist größer als die einer Salzwasserzelle der Größe AAA. Es sind auch andere Formfaktoren von AA-Batterien erhältlich:
- A (größer als AA);
- AAAA (kleiner als AAA);
- C - mittlere Länge und erhöhte Dicke;
- D - länger und dicker.
Diese Zelltypen sind nicht so beliebt und ihr Anwendungsbereich ist begrenzt. Beide Typen sind nur in alkalischer und salzhaltiger Technologie erhältlich.
Nach Nennspannung
Die Nennspannung einer einzelligen Batterie wird durch ihre chemische Zusammensetzung bestimmt. Einzelne alkalische, salzhaltige galvanische Zellen liefern bei Leerlaufdrehzahl eine Spannung von 1,5 V. Lithium-Netzteile sind sowohl mit 1,5 V (zur Kompatibilität mit anderen Typen) als auch mit höheren Spannungen (bis zu 3 V) erhältlich. Allerdings sind nur 1,5-Volt-Zellen in den betreffenden Größen erhältlich, um Verwechslungen zu vermeiden.
Neue Batterien haben bei Nennlast eine Spannung nahe diesem Wert. Je mehr die chemische Quelle entladen wird, desto mehr sinkt die Ausgangsspannung unter Last.
Die Zellen können zu Batterien zusammengesetzt werden. Die Ausgangsspannung ist dann ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Zelle. Eine 6R61-Batterie ("Krona") enthält beispielsweise 6 Halb-Volt-Zellen. Sie liefern eine Gesamtspannung von 9 Volt. Die Größe der einzelnen Zellen ist klein und die Kapazität einer solchen Batterie ist gering.
Welche Batterien werden als "Fingerzellen" und "kleine Fingerbatterien" bezeichnet?
Beide Größen von galvanischen Zellen gehören zur Klasse der fingergroßen Batterien. Dieser Fachbegriff wird seit der Sowjetzeit verwendet, um Batterien dieser Form zu beschreiben. In der UdSSR wurden die einzelligen alkalischen Zellen Uran M (316) und Kvant (A316) hergestellt, die dem heutigen Typ AA entsprechen. Es gab auch andere zylinderförmige Fingerzellen in anderen Größen und Proportionen.
In den 1990er Jahren wurde der Begriff "Pinky"-Batterien von Händlern auf dem Markt geprägt, um AAA-Zellen von anderen Formfaktoren zu unterscheiden. Der Name hat sich in den Haushalten durchgesetzt. Aber die Verwendung in technischen Materialien ist zumindest unprofessionell.
Die wichtigsten technischen Merkmale von AA- und AAA-Batterien
Der Hauptunterschied zwischen den Formfaktoren AA und AAA liegt in der Größe. Und dies bestimmt, wie bereits gesagt, die Kapazität.
Es ist zu beachten, dass die elektrische Kapazität vom Entladestrom abhängt und ihr Nennwert für jeden Zellentyp einige zehn Milliampere nicht überschreitet. Bei Strömen über 100 mA ist die Kapazität der Batterie wesentlich geringer. Das bedeutet, dass eine 1000mA⋅h-Zelle mit einem Entladestrom von 10mA etwa 100 Stunden hält. Wenn der Entladestrom jedoch 200 mA beträgt, ist die Ladung viel früher als nach 5 Stunden zu Ende. Die Kapazität wird um ein Vielfaches reduziert. Auch die elektrische Kapazität aller Zellen nimmt mit sinkender Temperatur ab.
Je nach Größe und Technologie haben die Batterien ein unterschiedliches Gewicht, obwohl diese Eigenschaft selten entscheidend ist - das Gewicht des Geräts ist in den meisten Fällen viel größer als
das Gewicht einiger Batterien. Für die Lagerung und den Transport von galvanischen Zellen ist es häufiger notwendig, dies zu wissen.
Das Gewicht der Batterien hängt nicht nur von der Herstellungstechnologie ab, sondern auch davon, wie das Glas produziert wird. Sie können aus Metall mit einer Kunststoffbeschichtung oder vollständig polymerisiert sein. Mit drei Powercells kann man bestenfalls 30 Gramm an Gewicht zulegen. Dies dürfte kein entscheidendes Kriterium für die Auswahl sein.
Die Lebensdauer wird durch den Selbstentladungsstrom und die Zellkapazität bestimmt. Die Selbstentladung hängt von der Technologie, der Kapazität und dem Formfaktor ab. In der Praxis trägt die zweite Eigenschaft jedoch weniger zum Entweichen von Ladung während der Lagerung bei. Zumindest versichern das die Hersteller, die für AA- und AAA-Zellen eine annähernd gleiche Haltbarkeit angeben. Die Lagerfähigkeit wird auch durch die Temperatur beeinflusst; mit steigender Temperatur verringert sich
die Lagerzeit.
Es gibt noch ein weiteres Problem mit den Salzzellen. Bei Batterien minderer Qualität kann es zu einem Auslaufen des Elektrolyts kommen. Die tatsächliche Speicherzeit ist in diesem Fall also noch kürzer.
Stromversorgungen können unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich der Temperatur, betrieben werden. Und die Eignung von galvanischen Zellen variiert - auch je nach Herstellungstechnologie. Es wurde bereits erwähnt, dass Salzbatterien bei Temperaturen unter Null nicht gut funktionieren. Lithiumbatterien haben trotz aller Vorteile eine Obergrenze von +55°C (die Untergrenze liegt je nach Hersteller bei bis zu minus 40 (normalerweise minus 20)). Alkalische Batterien haben einen weiten Temperaturbereich von etwa minus 30 bis +60 °C und sind in dieser Hinsicht am vielseitigsten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die AA- und AAA-Familie eine große Anzahl von Varianten galvanischer Zellen umfasst. Es ist möglich, eine Batterie für eine breite Palette von Betriebsbedingungen und eine breite Palette von Kosten zu wählen.