Elektrische Batterie -Electric battery

Batterie
Batterien.jpg
Verschiedene Zellen und Batterien (von links oben nach rechts unten): zwei AA , eine D , eine tragbare Amateurfunkbatterie , zwei 9-Volt ( PP3), zwei AAA , eine C , eine Camcorderbatterie , eine Schnurlostelefonbatterie
Typ Energiequelle
Arbeitsprinzip Elektrochemische Reaktionen , Elektromotorische Kraft
Erste Produktion  1800
Elektronisches Symbol
IEEE 315 Fundamental Items Symbols (90).svg
Das Symbol für eine Batterie in einem Schaltplan . Es entstand als schematische Zeichnung des frühesten Batterietyps, einer voltaischen Säule .

Eine elektrische Batterie ist eine elektrische Energiequelle , die aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen mit externen Anschlüssen zum Betreiben elektrischer Geräte besteht.

Wenn eine Batterie Strom liefert, ist ihr Pluspol die Kathode und ihr Minuspol die Anode . Der negativ markierte Anschluss ist die Quelle der Elektronen, die durch einen externen Stromkreis zum positiven Anschluss fließen. Wenn eine Batterie an eine externe elektrische Last angeschlossen wird, wandelt eine Redoxreaktion energiereiche Reaktanten in energieärmere Produkte um, und die freie Energiedifferenz wird als elektrische Energie an den externen Stromkreis geliefert. Historisch gesehen bezog sich der Begriff „Batterie“ speziell auf ein Gerät, das aus mehreren Zellen besteht; Die Verwendung hat sich jedoch so entwickelt, dass sie Geräte umfasst, die aus einer einzigen Zelle bestehen.

Primärbatterien (Einweg- oder „Wegwerfbatterien“) werden einmal verwendet und entsorgt , da die Elektrodenmaterialien während der Entladung irreversibel verändert werden; Ein gängiges Beispiel ist die Alkalibatterie, die für Taschenlampen und eine Vielzahl tragbarer elektronischer Geräte verwendet wird. Sekundäre (wiederaufladbare) Batterien können unter Verwendung eines angelegten elektrischen Stroms mehrere Male entladen und wieder aufgeladen werden; die ursprüngliche Zusammensetzung der Elektroden kann durch Rückstrom wiederhergestellt werden. Beispiele hierfür sind die in Fahrzeugen verwendeten Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen- Batterien, die für tragbare Elektronik wie Laptops und Mobiltelefone verwendet werden .

Batterien gibt es in vielen Formen und Größen, von Miniaturzellen, die zur Stromversorgung von Hörgeräten und Armbanduhren verwendet werden, bis hin zu riesigen Batteriebänken von der Größe von Räumen, die Notstrom oder Notstrom für Telefonzentralen und Computerrechenzentren bereitstellen .

Batterien haben eine viel geringere spezifische Energie (Energie pro Masseneinheit) als herkömmliche Kraftstoffe wie Benzin. Bei Automobilen wird dies durch die höhere Effizienz von Elektromotoren bei der Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit im Vergleich zu Verbrennungsmotoren etwas ausgeglichen.

Geschichte

Erfindung

Ein Voltaic Pile , die erste Batterie
Der italienische Physiker Alessandro Volta demonstriert dem französischen Kaiser Napoleon Bonaparte seinen Haufen

In den 1930er Jahren berichtete der Direktor des Bagdad-Museums und der irakischen Antikenabteilung, Wilhelm König , über die Entdeckung der Bagdad-Batterie , eines Geräts aus dem ersten Jahrhundert, das aus einem Keramiktopf, Kupfer und Eisen bestand. Seine Annahme war, dass es zum Galvanisieren verwendet wurde, aber spätere Theorien deuten darauf hin, dass es sich möglicherweise um ein medizinisches Gerät handelte, das für die Elektrotherapie verwendet wurde .

Benjamin Franklin verwendete den Begriff „Batterie“ zum ersten Mal im Jahr 1749, als er Experimente mit Elektrizität unter Verwendung eines Satzes verbundener Leidener Kondensatoren durchführte. Franklin gruppierte eine Reihe von Gefäßen zu dem, was er als „Batterie“ bezeichnete, wobei er den militärischen Begriff für zusammen funktionierende Waffen verwendete. Durch die Vervielfachung der Anzahl der Haltegefäße könnte eine stärkere Ladung gespeichert werden, und beim Entladen wäre mehr Energie verfügbar.

Der italienische Physiker Alessandro Volta baute und beschrieb 1800 die erste elektrochemische Batterie, die Voltasäule . Dies war ein Stapel aus Kupfer- und Zinkplatten, die durch mit Sole getränkte Papierscheiben getrennt waren und über einen beträchtlichen Zeitraum einen konstanten Strom erzeugen konnten. Volta verstand nicht, dass die Spannung auf chemische Reaktionen zurückzuführen war. Er hielt seine Zellen für eine unerschöpfliche Energiequelle und die damit verbundenen Korrosionseffekte an den Elektroden eher für ein Ärgernis als für eine unvermeidliche Folge ihres Betriebs, wie Michael Faraday 1834 zeigte.

Obwohl frühe Batterien für experimentelle Zwecke von großem Wert waren, schwankten ihre Spannungen in der Praxis und sie konnten über einen längeren Zeitraum keinen großen Strom liefern. Die 1836 vom britischen Chemiker John Frederic Daniell erfundene Daniell-Zelle war die erste praktische Stromquelle , die zum Industriestandard wurde und als Stromquelle für elektrische Telegrafennetze weit verbreitet war . Es bestand aus einem mit einer Kupfersulfatlösung gefüllten Kupfertopf, in den ein mit Schwefelsäure und einer Zinkelektrode gefüllter unglasierter Tonbehälter eingetaucht war .

Diese Nasszellen verwendeten flüssige Elektrolyte, die bei unsachgemäßer Handhabung zum Auslaufen und Verschütten neigten. Viele benutzten Glasgefäße, um ihre Komponenten aufzubewahren, was sie zerbrechlich und potenziell gefährlich machte. Diese Eigenschaften machten Nasszellen für tragbare Geräte ungeeignet. Gegen Ende des neunzehnten Jahrhunderts machte die Erfindung von Trockenbatterien , die den flüssigen Elektrolyten durch eine Paste ersetzten, tragbare elektrische Geräte praktisch.

Batterien in Vakuumröhrengeräten verwendeten historisch eine Nasszelle für die „A“-Batterie (um das Filament mit Strom zu versorgen) und eine Trockenzelle für die „B“-Batterie (um die Plattenspannung bereitzustellen).

Zukunft

Zwischen 2010 und 2018 wuchs die jährliche Batterienachfrage um 30 % und erreichte im Jahr 2018 insgesamt 180 GWh. Konservativ wird erwartet, dass die Wachstumsrate bei geschätzten 25 % gehalten wird und im Jahr 2030 in einer Nachfrage von 2600 GWh gipfelt. Kostensenkungen sollen die Nachfrage weiter auf bis zu 3562 GwH steigern.

Wichtige Gründe für diese hohe Wachstumsrate der Elektrobatterieindustrie sind die Elektrifizierung des Verkehrs und der großflächige Einsatz in Stromnetzen, unterstützt durch den anthropogenen Klimawandel, der durch den anthropogenen Klimawandel verursacht wird, weg von fossilen Brennstoffen und hin zu saubereren, erneuerbaren Quellen. und strengere Emissionsvorschriften.

Verteilte elektrische Batterien, wie sie in batterieelektrischen Fahrzeugen ( Vehicle-to-Grid ) und in Heimenergiespeichern verwendet werden , mit Smart Metering und die zur Bedarfssteuerung an Smart Grids angeschlossen sind, sind aktive Teilnehmer in intelligenten Stromversorgungsnetzen. Neue Methoden der Wiederverwendung, wie z. B. die gestaffelte Verwendung von teilweise gebrauchten Batterien, erhöhen den Gesamtnutzen von Elektrobatterien, reduzieren die Energiespeicherkosten und verringern auch die Umweltverschmutzung/Emissionsauswirkungen aufgrund längerer Lebensdauer. Bei der abgestuften Verwendung von Batterien werden elektrische Fahrzeugbatterien , deren Batteriekapazität auf weniger als 80 % reduziert ist, normalerweise nach einer Betriebszeit von 5–8 Jahren, für die Verwendung als Backup-Versorgung oder für Speichersysteme für erneuerbare Energien umfunktioniert.

Die Energiespeicherung im Netzmaßstab sieht die großflächige Verwendung von Batterien vor, um Energie aus dem Netz oder einem Kraftwerk zu sammeln und zu speichern und diese Energie dann zu einem späteren Zeitpunkt zu entladen, um bei Bedarf Strom oder andere Netzdienste bereitzustellen. Energiespeicher im Netzmaßstab (entweder schlüsselfertig oder dezentral) sind wichtige Komponenten intelligenter Stromversorgungsnetze.

Chemie und Prinzipien

Eine Voltaikzelle zu Demonstrationszwecken. In diesem Beispiel sind die beiden Halbzellen durch eine Salzbrücke verbunden , die den Ionentransfer ermöglicht.

Batterien wandeln chemische Energie direkt in elektrische Energie um . In vielen Fällen ist die freigesetzte elektrische Energie die Differenz der Kohäsions- oder Bindungsenergien der Metalle, Oxide oder Moleküle, die der elektrochemischen Reaktion unterliegen. Beispielsweise kann Energie in Zn oder Li gespeichert werden, die hochenergetische Metalle sind, da sie im Gegensatz zu Übergangsmetallen nicht durch d-Elektronenbindungen stabilisiert werden . Batterien sind so ausgelegt, dass die energetisch günstige Redoxreaktion nur stattfinden kann, wenn sich Elektronen durch den äußeren Teil des Stromkreises bewegen.

Eine Batterie besteht aus einer Anzahl von Voltaic-Zellen . Jede Zelle besteht aus zwei Halbzellen, die durch einen leitenden Elektrolyten , der Metallkationen enthält , in Reihe geschaltet sind . Eine Halbzelle enthält Elektrolyt und die negative Elektrode, die Elektrode, zu der Anionen (negativ geladene Ionen) wandern; die andere Halbzelle enthält Elektrolyt und die positive Elektrode, zu der Kationen (positiv geladene Ionen ) wandern. An der Kathode werden Kationen reduziert (Elektronen werden hinzugefügt), während Metallatome an der Anode oxidiert werden (Elektronen werden entfernt). Einige Zellen verwenden unterschiedliche Elektrolyte für jede Halbzelle; Dann wird ein Separator verwendet, um ein Vermischen der Elektrolyte zu verhindern, während Ionen zwischen den Halbzellen fließen können, um den elektrischen Stromkreis zu vervollständigen.

Jede Halbzelle hat eine elektromotorische Kraft ( EMK , gemessen in Volt) relativ zu einem Standard . Die Netto-EMK der Zelle ist die Differenz zwischen den EMK ihrer Halbzellen. Wenn also die Elektroden EMK und haben , dann ist die Netto-EMK ; Mit anderen Worten, die Netto-EMK ist die Differenz zwischen den Reduktionspotentialen der Halbreaktionen .

Die elektrische Antriebskraft oder über die Klemmen einer Zelle ist als Klemmenspannung (Differenz) bekannt und wird in Volt gemessen . Die Klemmenspannung einer Zelle, die weder lädt noch entlädt, wird als Leerlaufspannung bezeichnet und entspricht der EMK der Zelle. Aufgrund des Innenwiderstands ist die Klemmenspannung einer sich entladenden Zelle betragsmäßig kleiner als die Leerlaufspannung, und die Klemmenspannung einer Zelle, die geladen wird, übersteigt die Leerlaufspannung. Eine ideale Zelle hat einen vernachlässigbaren Innenwiderstand, sodass sie eine konstante Klemmenspannung bis zur Erschöpfung aufrechterhalten und dann auf Null abfallen würde. Wenn eine solche Zelle 1,5 Volt aufrechterhalten und eine Ladung von einem Coulomb erzeugen würde, hätte sie bei vollständiger Entladung 1,5 Joule Arbeit verrichtet. Bei realen Zellen steigt der Innenwiderstand beim Entladen und auch die Leerlaufspannung sinkt beim Entladen. Wenn die Spannung und der Widerstand gegen die Zeit aufgetragen werden, sind die resultierenden Diagramme typischerweise eine Kurve; die Form der Kurve variiert je nach verwendeter Chemie und interner Anordnung.

Die Spannung , die sich an den Anschlüssen einer Zelle entwickelt, hängt von der Energiefreisetzung der chemischen Reaktionen ihrer Elektroden und ihres Elektrolyten ab. Alkali- und Zink-Kohle- Zellen haben unterschiedliche Chemien, aber ungefähr die gleiche EMK von 1,5 Volt; Ebenso haben NiCd- und NiMH -Zellen unterschiedliche Chemien, aber ungefähr die gleiche EMK von 1,2 Volt. Die hohen elektrochemischen Potentialänderungen bei den Reaktionen von Lithiumverbindungen geben Lithiumzellen EMK von 3 Volt oder mehr.

Fast jeder flüssige oder feuchte Gegenstand, der genügend Ionen enthält, um elektrisch leitfähig zu sein, kann als Elektrolyt für eine Zelle dienen. Als Neuheit oder wissenschaftliche Demonstration ist es möglich, zwei Elektroden aus unterschiedlichen Metallen in eine Zitrone , Kartoffel usw. einzuführen und kleine Mengen Strom zu erzeugen.

Ein Volta-Stapel kann aus zwei Münzen (z. B. einem Nickel und einem Penny ) und einem in Salzwasser getauchten Stück Papierhandtuch hergestellt werden . Ein solcher Stapel erzeugt eine sehr niedrige Spannung, aber wenn viele in Reihe gestapelt werden , können sie für kurze Zeit normale Batterien ersetzen.

Typen

Primär- und Sekundärbatterien

Von oben nach unten: eine große 4,5-Volt- 3R12 - Batterie, eine D-Zelle , eine C-Zelle , eine AA-Zelle , eine AAA-Zelle , eine AAAA-Zelle , eine A23-Batterie , eine 9-Volt- PP3-Batterie und ein Paar Knopfzellen (CR2032 und LR44)

Batterien werden in primäre und sekundäre Formen eingeteilt:

  • Primärbatterien sind so konzipiert, dass sie verwendet werden können, bis ihre Energie erschöpft ist, und dann entsorgt werden. Ihre chemischen Reaktionen sind im Allgemeinen nicht umkehrbar, sodass sie nicht wieder aufgeladen werden können. Wenn der Vorrat an Reaktanten in der Batterie erschöpft ist, produziert die Batterie keinen Strom mehr und ist nutzlos.
  • Sekundärbatterien können wieder aufgeladen werden; Das heißt, ihre chemischen Reaktionen können umgekehrt werden, indem elektrischer Strom an die Zelle angelegt wird. Dadurch werden die ursprünglichen chemischen Reaktanten regeneriert, sodass sie mehrmals verwendet, aufgeladen und erneut verwendet werden können.

Einige Arten von Primärbatterien, die beispielsweise für Telegrafenschaltungen verwendet wurden, wurden durch Austausch der Elektroden wieder in Betrieb genommen. Sekundärbatterien sind aufgrund von Verlust der aktiven Materialien, Elektrolytverlust und innerer Korrosion nicht unbegrenzt wiederaufladbar.

Primärbatterien oder Primärzellen können sofort nach dem Zusammenbau Strom erzeugen. Diese werden am häufigsten in tragbaren Geräten verwendet, die eine geringe Stromaufnahme haben, nur zeitweise verwendet werden oder weit entfernt von einer alternativen Stromquelle verwendet werden, z. B. in Alarm- und Kommunikationskreisen, in denen andere elektrische Energie nur zeitweise verfügbar ist. Einweg-Primärzellen können nicht zuverlässig wiederaufgeladen werden, da die chemischen Reaktionen nicht leicht umkehrbar sind und aktive Materialien möglicherweise nicht in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Batteriehersteller raten davon ab, Primärzellen aufzuladen. Diese haben im Allgemeinen höhere Energiedichten als wiederaufladbare Batterien, aber Einwegbatterien schneiden bei High-Drain-Anwendungen mit Lasten unter 75 Ohm (75 Ω) nicht gut ab. Übliche Arten von Einwegbatterien sind Zink-Kohle-Batterien und Alkalibatterien .

Sekundärbatterien, auch Sekundärzellen oder wiederaufladbare Batterien genannt , müssen vor dem ersten Gebrauch aufgeladen werden; sie werden üblicherweise im entladenen Zustand mit Aktivmaterialien bestückt. Wiederaufladbare Batterien werden durch Anlegen von elektrischem Strom (wieder) aufgeladen, wodurch die chemischen Reaktionen, die während des Entladens/Gebrauchs auftreten, umgekehrt werden. Geräte zur Bereitstellung des entsprechenden Stroms werden als Ladegeräte bezeichnet. Die älteste Form der wiederaufladbaren Batterie ist die Blei-Säure-Batterie , die in Automobil- und Bootsanwendungen weit verbreitet ist. Diese Technologie enthält flüssiges Elektrolyt in einem unversiegelten Behälter, was erfordert, dass die Batterie aufrecht gehalten und der Bereich gut belüftet wird, um eine sichere Verteilung des Wasserstoffgases zu gewährleisten , das während des Überladens entsteht . Die Blei-Säure-Batterie ist relativ schwer für die Menge an elektrischer Energie, die sie liefern kann. Seine niedrigen Herstellungskosten und seine hohen Stoßstrompegel machen es dort üblich, wo seine Kapazität (über etwa 10 Ah) wichtiger ist als Gewichts- und Handhabungsprobleme. Eine gängige Anwendung ist die moderne Autobatterie , die in der Regel einen Spitzenstrom von 450 Ampere liefern kann .

Komposition

Strichzeichnung einer Trockenzelle: 1. Messingkappe, 2. Kunststoffdichtung, 3. Expansionsraum, 4. poröser Karton, 5. Zinkdose, 6. Kohlestab, 7. chemische Mischung

Viele Arten von elektrochemischen Zellen wurden mit unterschiedlichen chemischen Prozessen und Designs hergestellt, einschließlich galvanischer Zellen , elektrolytischer Zellen , Brennstoffzellen , Durchflusszellen und Voltaiksäulen.

Eine Nassbatterie hat einen flüssigen Elektrolyten . Andere Bezeichnungen sind geflutete Zelle , da die Flüssigkeit alle Innenteile bedeckt oder belüftete Zelle , da im Betrieb entstehende Gase in die Luft entweichen können. Nasszellen waren ein Vorläufer der Trockenzellen und werden häufig als Lernwerkzeug für die Elektrochemie verwendet . Sie können mit üblichen Labormaterialien wie Bechergläsern gebaut werden, um zu demonstrieren, wie elektrochemische Zellen funktionieren. Eine bestimmte Art von Nasszelle, bekannt als Konzentrationszelle, ist wichtig für das Verständnis von Korrosion . Nasszellen können Primärzellen (nicht wiederaufladbar) oder Sekundärzellen (wiederaufladbar) sein. Ursprünglich wurden alle praktischen Primärbatterien wie die Daniell-Zelle als oben offene Naßzellen aus Glas gebaut. Andere primäre Nasszellen sind die Leclanche - Zelle , die Grove - Zelle , die Bunsen - Zelle , die Chromsäurezelle , die Clark - Zelle und die Weston - Zelle . Die Zellchemie von Leclanche wurde an die ersten Trockenzellen angepasst. Nasszellen werden immer noch in Autobatterien und in der Industrie für die Notstromversorgung von Schaltanlagen , Telekommunikation oder großen unterbrechungsfreien Stromversorgungen verwendet , aber vielerorts wurden stattdessen Batterien mit Gelzellen verwendet. Diese Anwendungen verwenden üblicherweise Blei-Säure- oder Nickel-Cadmium- Zellen. Salzschmelzebatterien sind Primär- oder Sekundärbatterien, die ein geschmolzenes Salz als Elektrolyt verwenden. Sie arbeiten bei hohen Temperaturen und müssen gut isoliert sein, um die Wärme zurückzuhalten.

Eine Trockenzelle verwendet einen Pastenelektrolyten mit nur genügend Feuchtigkeit, um Strom fließen zu lassen. Im Gegensatz zu einer Nasszelle kann eine Trockenzelle in jeder Ausrichtung betrieben werden, ohne dass etwas verschüttet wird, da sie keine freie Flüssigkeit enthält, wodurch sie für tragbare Geräte geeignet ist. Im Vergleich dazu waren die ersten Nasszellen typischerweise zerbrechliche Glasbehälter mit Bleistangen, die oben offen hingen, und erforderten eine sorgfältige Handhabung, um ein Verschütten zu vermeiden. Blei-Säure-Batterien erreichten erst mit der Entwicklung der Gel-Batterie die Sicherheit und Tragbarkeit der Trockenzelle . Eine übliche Trockenzelle ist die Zink-Kohle-Batterie , manchmal auch trockene Leclanché-Zelle genannt , mit einer Nennspannung von 1,5 Volt , die gleiche wie die Alkalibatterie (da beide die gleiche Zink - Mangandioxid- Kombination verwenden). Eine Standard-Trockenzelle besteht aus einer Zinkanode , meist in Form eines zylindrischen Topfes, mit einer Kohlenstoffkathode in Form eines zentralen Stabes. Der Elektrolyt ist Ammoniumchlorid in Form einer Paste neben der Zinkanode. Der verbleibende Raum zwischen Elektrolyt und Kohlenstoffkathode wird von einer zweiten Paste aus Ammoniumchlorid und Mangandioxid ausgefüllt, wobei letzteres als Depolarisator wirkt . Bei einigen Konstruktionen wird das Ammoniumchlorid durch Zinkchlorid ersetzt .

Eine Reservebatterie kann unmontiert (nicht aktiviert und ohne Strom) über einen langen Zeitraum (vielleicht Jahre) gelagert werden. Wenn die Batterie benötigt wird, wird sie zusammengebaut (z. B. durch Hinzufügen von Elektrolyt); Nach dem Zusammenbau ist der Akku aufgeladen und betriebsbereit. Beispielsweise könnte eine Batterie für einen elektronischen Artilleriezünder durch den Aufprall beim Abfeuern einer Waffe aktiviert werden. Die Beschleunigung zerbricht eine Elektrolytkapsel, die die Batterie aktiviert und die Schaltkreise des Zünders mit Strom versorgt. Reservebatterien sind in der Regel für eine kurze Lebensdauer (Sekunden oder Minuten) nach langer Lagerung (Jahre) ausgelegt. Eine wasseraktivierte Batterie für ozeanografische Instrumente oder militärische Anwendungen wird beim Eintauchen in Wasser aktiviert.

Am 28. Februar 2017 veröffentlichte die University of Texas at Austin eine Pressemitteilung über eine neue Art von Festkörperbatterie , die von einem Team um den Lithium-Ionen-Batterie-Erfinder John Goodenough entwickelt wurde, „das zu sichererem, schnellerem Laden führen könnte, langlebigere Akkus für tragbare Mobilgeräte, Elektroautos und stationäre Energiespeicher". Der Festkörperbatterie wird zudem eine „dreifache Energiedichte“ nachgesagt, was die Lebensdauer beispielsweise in Elektrofahrzeugen erhöht. Es sollte auch umweltfreundlicher sein, da die Technologie weniger teure, umweltfreundliche Materialien wie aus Meerwasser gewonnenes Natrium verwendet. Sie haben auch eine viel längere Lebensdauer.

Sony hat eine biologische Batterie entwickelt , die auf ähnliche Weise wie bei lebenden Organismen Strom aus Zucker erzeugt. Die Batterie erzeugt Strom durch den Einsatz von Enzymen, die Kohlenhydrate abbauen.

Die verschlossene ventilregulierte Blei-Säure-Batterie (VRLA-Batterie) ist in der Automobilindustrie als Ersatz für die Blei-Säure-Nasszelle beliebt. Die VRLA-Batterie verwendet einen immobilisierten Schwefelsäureelektrolyten , wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Auslaufens verringert und die Haltbarkeit verlängert wird . VRLA-Batterien immobilisieren den Elektrolyten. Die zwei Arten sind:

  • Gelbatterien (oder "Gelzellen") verwenden einen halbfesten Elektrolyten.
  • Absorbed Glass Mat (AGM) Batterien absorbieren den Elektrolyten in einer speziellen Glasfasermatte.

Zu anderen tragbaren wiederaufladbaren Batterien gehören mehrere versiegelte "Trockenzellen"-Typen, die in Anwendungen wie Mobiltelefonen und Laptop-Computern nützlich sind . Zellen dieses Typs (in der Reihenfolge zunehmender Leistungsdichte und Kosten) umfassen Nickel-Cadmium- (NiCd), Nickel-Zink- (NiZn), Nickel-Metallhydrid- (NiMH) und Lithium-Ionen- (Li-Ion-) Zellen. Li-Ion hat bei weitem den höchsten Anteil am Markt für wiederaufladbare Trockenzellen. NiMH hat NiCd aufgrund seiner höheren Kapazität in den meisten Anwendungen ersetzt, aber NiCd wird weiterhin in Elektrowerkzeugen , Funkgeräten und medizinischen Geräten verwendet .

Zu den Entwicklungen in den 2000er Jahren gehören Batterien mit eingebetteter Elektronik wie USBCELL , die das Laden einer AA-Batterie über einen USB -Anschluss ermöglichen, Nanoball-Batterien , die eine etwa 100-mal höhere Entladerate als aktuelle Batterien ermöglichen, und intelligente Batteriepacks mit Ladezustand Monitore und Batterieschutzschaltungen, die Schäden bei Tiefentladung verhindern. Geringe Selbstentladung (LSD) ermöglicht das Aufladen von Sekundärzellen vor dem Versand.

Beim längsten und höchsten solarbetriebenen Flug wurden Lithium-Schwefel-Batterien verwendet.

Verbraucher- und Industriequalitäten

Batterien aller Art werden in Verbraucher- und Industriequalität hergestellt. Teurere Batterien in Industriequalität können Chemikalien verwenden, die ein höheres Verhältnis von Leistung zu Größe bieten, eine geringere Selbstentladung und damit eine längere Lebensdauer bei Nichtgebrauch, eine höhere Beständigkeit gegen Auslaufen und beispielsweise die Fähigkeit, die damit verbundene hohe Temperatur und Feuchtigkeit zu bewältigen mit medizinischer Autoklavsterilisation.

Kombination und Verwaltung

Batterien im Standardformat werden in den Batteriehalter des Geräts eingesetzt, das sie verwendet. Wenn ein Gerät keine Batterien im Standardformat verwendet, werden sie in der Regel zu einem kundenspezifischen Batteriepaket kombiniert, das mehrere Batterien enthält, zusätzlich zu Funktionen wie einem Batteriemanagementsystem und einem Batterieisolator , die sicherstellen, dass die darin enthaltenen Batterien gleichmäßig geladen und entladen werden.

Größen

Primärbatterien, die Verbrauchern leicht zur Verfügung stehen, reichen von winzigen Knopfzellen, die für elektrische Uhren verwendet werden, bis zur Nr. 6-Zelle, die für Signalschaltkreise oder andere Langzeitanwendungen verwendet wird. Sekundärzellen werden in sehr großen Größen hergestellt; Sehr große Batterien können ein U -Boot antreiben oder ein Stromnetz stabilisieren und dabei helfen, Lastspitzen auszugleichen.

Ab 2017 wurde die weltweit größte Batterie in Südaustralien von Tesla gebaut . Es kann 129 MWh speichern. Eine Batterie in der chinesischen Provinz Hebei , die 36 MWh Strom speichern kann, wurde 2013 für 500 Millionen US-Dollar gebaut. Eine weitere große Batterie, bestehend aus Ni-Cd- Zellen, befand sich in Fairbanks, Alaska . Es umfasste 2.000 Quadratmeter (22.000 Quadratfuß) - größer als ein Fußballfeld - und wog 1.300 Tonnen. Es wurde von ABB hergestellt , um im Falle eines Stromausfalls Notstrom bereitzustellen. Die Batterie kann bis zu sieben Minuten lang 40 MW Leistung liefern. Natrium-Schwefel-Batterien wurden verwendet, um Windenergie zu speichern . Ein 4,4-MWh-Batteriesystem, das 25 Minuten lang 11 MW liefern kann, stabilisiert die Leistung des Auwahi-Windparks auf Hawaii.

Vergleich

Viele wichtige Zelleigenschaften wie Spannung, Energiedichte, Entflammbarkeit, verfügbare Zellkonstruktionen, Betriebstemperaturbereich und Lagerfähigkeit werden von der Batteriechemie bestimmt.

Primärbatterien
Chemie Anode (−) Kathode (+) max. Spannung, theoretisch (V) Nennspannung, praktisch (V) Spezifische Energie (kJ/kg) Ausarbeitung Haltbarkeit bei 25 °C, 80 % Kapazität (Monate)
Zink-Kohlenstoff Zn C 1.6 1.2 130 Preiswert. 18
Zinkchlorid 1.5 Auch bekannt als "Heavy-Duty", preiswert.
Alkalisch (Zink-Mangandioxid) Zn MnO 2 1.5 1.15 400-590 Moderate Energiedichte. Gut für Anwendungen mit hohem und niedrigem Stromverbrauch. 30
Nickeloxyhydroxid (Zink-Mangandioxid/Nickeloxyhydroxid) 1.7 Moderate Energiedichte. Gut für Anwendungen mit hohem Abfluss.
Lithium (Lithium-Kupferoxid) Li-CuO Li CuO 1.7 Wird nicht mehr hergestellt. Ersetzt durch Silberoxidbatterien ( IEC - Typ „SR“).
Lithium (Lithium-Eisen-Disulfid) LiFeS 2 Li FeS 2 1.8 1.5 1070 Teuer. Wird in „Plus“- oder „Extra“-Batterien verwendet. 337
Lithium (Lithium-Mangandioxid) LiMnO 2 Li MnO 2 3.0 830–1010 Teuer. Nur in Geräten mit hohem Stromverbrauch oder für lange Haltbarkeit aufgrund sehr geringer Selbstentladung verwendet. „Lithium“ allein bezieht sich normalerweise auf diese Art von Chemie.
Lithium (Lithium-Kohlenstofffluorid) Li–(CF) n Li (CF) n 3.6 3.0 120
Lithium (Lithium-Chromoxid) Li-CrO 2 Li CrO2 _ 3.8 3.0 108
Lithium ( Lithium-Silizium ) Li 22 Si 5
Quecksilberoxid Zn HgO 1.34 1.2 Hoher Stromverbrauch und konstante Spannung. In den meisten Ländern wegen gesundheitlicher Bedenken verboten. 36
Zink-Luft Zn O 2 1.6 1.1 1590 Wird hauptsächlich in Hörgeräten verwendet.
Zamboni-Stapel Zn Ag oder Au 0,8 Sehr lange Lebensdauer. Sehr niedriger (Nanoamp, nA) Strom >2.000
Silberoxid (Silber-Zink) Zn Ag 2 O 1,85 1.5 470 Sehr teuer. Wird nur kommerziell in "Knopfzellen" verwendet. 30
Magnesium mg MnO 2 2.0 1.5 40
Sekundärbatterien
Chemie Zellspannung Spezifische Energie (kJ/kg) Energiedichte (kJ/Liter) Kommentare
NiCd 1.2 140 Preiswert. High-/Low-Drain, moderate Energiedichte. Hält sehr hohen Entladungsraten praktisch ohne Kapazitätsverlust stand. Moderate Selbstentladung. Umweltgefährdung durch Cadmium, Verwendung in Europa inzwischen praktisch verboten.
Blei-Säure 2.1 140 Moderat teuer. Moderate Energiedichte. Moderate Selbstentladung. Höhere Entladungsraten führen zu erheblichen Kapazitätsverlusten. Umweltgefährdung durch Blei. Allgemeine Verwendung: Autobatterien
NiMH 1.2 360 Preiswert. Bessere Leistung als Alkalibatterien in Geräten mit höherem Energieverbrauch. Traditionelle Chemie hat eine hohe Energiedichte, aber auch eine hohe Selbstentladungsrate. Neuere Chemie hat eine niedrige Selbstentladungsrate , aber auch eine ~25% niedrigere Energiedichte.
Wird in einigen Autos verwendet.
NiZn 1.6 360 Moderat günstig. High-Drain-Gerät geeignet. Niedrige Selbstentladungsrate. Spannung näher an alkalischen Primärzellen als an anderen Sekundärzellen. Keine giftigen Bestandteile. Neu auf den Markt gebracht (2009). Hat noch keine Erfolgsbilanz aufgestellt. Begrenzte Größenverfügbarkeit.
AgZn 1,86 1,5 460 Kleineres Volumen als gleichwertige Li-Ionen. Durch Silber extrem teuer. Sehr hohe Energiedichte. Sehr hohe Drainagefähigkeit. Aufgrund der hohen Silberpreise seit vielen Jahren als obsolet angesehen. Die Zelle leidet unter Oxidation, wenn sie nicht verwendet wird. Reaktionen sind nicht vollständig verstanden. Die Klemmenspannung ist sehr stabil, fällt aber bei 70–80 % Ladung plötzlich auf 1,5 Volt ab (vermutlich aufgrund des Vorhandenseins von Silber- und Silberoxid in der positiven Platte; eines wird zuerst verbraucht). Wurde anstelle der Primärbatterie (Moonbuggy) verwendet. Wird noch einmal als Ersatz für Li-Ion entwickelt.
LiFePO4 _ 3,3 3,0 360 790 Lithium-Eisen-Phosphat-Chemie.
Lithium-Ionen 3.6 460 Sehr teuer. Sehr hohe Energiedichte. Normalerweise nicht in "gängigen" Batteriegrößen erhältlich. Lithium-Polymer-Akkus sind in Laptops, Digitalkameras, Camcordern und Mobiltelefonen üblich. Sehr geringe Selbstentladung. Die Klemmenspannung variiert während der Entladung zwischen 4,2 und 3,0 Volt. Flüchtig: Explosionsgefahr bei Kurzschluss, Überhitzung oder Herstellung ohne strenge Qualitätsstandards.

Leistung, Kapazität und Entladung

Ein Gerät zur Überprüfung der Batteriespannung

Die Eigenschaften einer Batterie können aufgrund vieler Faktoren, einschließlich interner Chemie, Stromverbrauch und Temperatur , über den Ladezyklus , über den Ladezyklus und über die Lebensdauer hinweg variieren. Bei niedrigen Temperaturen kann eine Batterie nicht so viel Leistung liefern. Daher installieren einige Autobesitzer in kalten Klimazonen Batteriewärmer, bei denen es sich um kleine elektrische Heizkissen handelt, die die Autobatterie warm halten.

Die Kapazität einer Batterie ist die Menge an elektrischer Ladung , die sie bei Nennspannung liefern kann. Je mehr Elektrodenmaterial in der Zelle enthalten ist, desto größer ist ihre Kapazität. Eine kleine Zelle hat eine geringere Kapazität als eine größere Zelle mit der gleichen Chemie, obwohl sie die gleiche Leerlaufspannung entwickeln. Die Kapazität wird in Einheiten wie Amperestunde (A·h) gemessen. Die Nennkapazität einer Batterie wird normalerweise als Produkt aus 20 Stunden multipliziert mit dem Strom ausgedrückt, den eine neue Batterie 20 Stunden lang bei 68 °F (20 °C) konstant liefern kann, während sie über einer bestimmten Klemmenspannung pro Zelle bleibt. Beispielsweise kann eine Batterie mit einer Kapazität von 100 Ah über einen Zeitraum von 20 Stunden bei Raumtemperatur 5 A liefern . Der Anteil der gespeicherten Ladung, den eine Batterie liefern kann, hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Batteriechemie, die Rate, mit der die Ladung geliefert wird (Strom), die erforderliche Klemmenspannung, die Lagerdauer, die Umgebungstemperatur und andere Faktoren.

Je höher die Entladerate, desto geringer die Kapazität. Die Beziehung zwischen Strom, Entladezeit und Kapazität für eine Blei-Säure-Batterie wird (über einen typischen Bereich von Stromwerten) durch das Peukertsche Gesetz angenähert :

wo

ist die Kapazität bei Entladung mit einer Rate von 1 Ampere.
ist der aus der Batterie gezogene Strom ( A ).
ist die Zeit (in Stunden), die eine Batterie halten kann.
ist eine Konstante um 1,3.

Batterien, die über einen längeren Zeitraum gelagert oder auf einen Bruchteil der Kapazität entladen werden, verlieren an Kapazität aufgrund von meist irreversiblen Nebenreaktionen , die Ladungsträger verbrauchen, ohne Strom zu erzeugen. Dieses Phänomen ist als interne Selbstentladung bekannt. Außerdem können beim Wiederaufladen von Batterien zusätzliche Nebenreaktionen auftreten, die die Kapazität für nachfolgende Entladungen verringern. Nach ausreichenden Aufladungen geht im Wesentlichen die gesamte Kapazität verloren und die Batterie produziert keinen Strom mehr. Interne Energieverluste und Beschränkungen der Geschwindigkeit, mit der Ionen den Elektrolyten passieren, führen zu Schwankungen der Batterieeffizienz . Oberhalb einer minimalen Schwelle liefert das Entladen mit einer niedrigen Rate mehr Kapazität der Batterie als mit einer höheren Rate. Das Einlegen von Batterien mit unterschiedlichen Ah-Nennwerten hat keinen Einfluss auf den Gerätebetrieb (obwohl es das Betriebsintervall beeinflussen kann), das für eine bestimmte Spannung ausgelegt ist, es sei denn, die Belastungsgrenzen werden überschritten. Lasten mit hohem Stromverbrauch wie Digitalkameras können die Gesamtkapazität verringern, wie dies bei Alkalibatterien der Fall ist. Beispielsweise würde eine Batterie mit einer Nennkapazität von 2 Ah für eine 10- oder 20-stündige Entladung einen Strom von 1 A nicht für volle zwei Stunden aushalten, wie die angegebene Kapazität impliziert.

Die C-Rate ist ein Maß für die Rate, mit der eine Batterie geladen oder entladen wird. Er ist definiert als der Strom durch die Batterie dividiert durch die theoretische Stromaufnahme, unter der die Batterie ihre Nennkapazität in einer Stunde abgeben würde. Sie hat die Einheiten h −1 . Aufgrund des internen Widerstandsverlusts und der chemischen Prozesse in den Zellen liefert eine Batterie selten die auf dem Typenschild angegebene Kapazität in nur einer Stunde. Typischerweise wird die maximale Kapazität bei einer niedrigen C-Rate gefunden, und das Laden oder Entladen bei einer höheren C-Rate verringert die nutzbare Lebensdauer und Kapazität einer Batterie. Hersteller veröffentlichen häufig Datenblätter mit Diagrammen, die die Kurven der Kapazität gegenüber der C-Rate zeigen. Die C-Rate wird auch als Bewertung für Batterien verwendet, um den maximalen Strom anzugeben, den eine Batterie sicher in einem Stromkreis liefern kann. Standards für wiederaufladbare Batterien bewerten im Allgemeinen die Kapazität und Ladezyklen über eine Entladezeit von 4 Stunden (0,25 °C), 8 Stunden (0,125 °C) oder länger. Typen, die für spezielle Zwecke bestimmt sind, wie z. B. in einer unterbrechungsfreien Stromversorgung von Computern , können von Herstellern für Entladezeiten von viel weniger als einer Stunde (1C) bewertet werden, können jedoch eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.

Seit 2012 ist Lithiumeisenphosphat ( LiFePO
4
)-Batterietechnologie
war die schnellste Lade-/Entladezeit, wobei die vollständige Entladung in 10–20 Sekunden erfolgte.

Lebensspanne

Ein analoger [Lithium-Ionen]-Camcorder-Akku

Die Batterielebensdauer (und ihr Synonym Batterielebensdauer) hat zwei Bedeutungen für wiederaufladbare Batterien, aber nur eine für nicht aufladbare Batterien. Bei wiederaufladbaren Akkus kann dies entweder die Zeitdauer bedeuten, die ein Gerät mit einer vollständig aufgeladenen Batterie betrieben werden kann, oder die Anzahl der möglichen Lade-/Entladezyklen, bevor die Zellen nicht mehr zufriedenstellend funktionieren. Für ein nicht wiederaufladbares Gerät sind diese beiden Lebensdauern gleich, da die Zellen definitionsgemäß nur einen Zyklus halten. (Der Begriff Haltbarkeit wird verwendet, um zu beschreiben, wie lange eine Batterie ihre Leistung zwischen Herstellung und Verwendung behält.) Die verfügbare Kapazität aller Batterien sinkt mit sinkender Temperatur. Im Gegensatz zu den meisten heutigen Batterien bietet der 1812 erfundene Zamboni-Stapel eine sehr lange Lebensdauer ohne Aufarbeitung oder Wiederaufladung, obwohl er nur Strom im Nanoampere-Bereich liefert. Die Oxford Electric Bell läutet seit 1840 fast ununterbrochen auf ihrem ursprünglichen Batteriepaar, von dem angenommen wird, dass es sich um Zamboni-Pfähle handelt.

Einwegbatterien verlieren typischerweise 8 bis 20 Prozent ihrer ursprünglichen Ladung pro Jahr, wenn sie bei Raumtemperatur (20–30 °C) gelagert werden. Dies ist als "Selbstentladungsrate" bekannt und beruht auf nicht stromerzeugenden "Neben"-chemischen Reaktionen, die innerhalb der Zelle stattfinden, selbst wenn keine Last angelegt wird. Die Nebenreaktionsrate wird bei Batterien reduziert, die bei niedrigeren Temperaturen gelagert werden, obwohl einige durch Einfrieren beschädigt werden können. Alte wiederaufladbare Batterien entladen sich schneller selbst als Einweg-Alkalibatterien, insbesondere Batterien auf Nickelbasis; Eine frisch aufgeladene Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd) verliert in den ersten 24 Stunden 10 % ihrer Ladung und entlädt sich danach mit einer Rate von etwa 10 % pro Monat. Neuere Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) mit geringer Selbstentladung und moderne Lithium-Designs weisen jedoch eine geringere Selbstentladungsrate auf (aber immer noch höher als bei Primärbatterien).

Das aktive Material auf den Batterieplatten ändert seine chemische Zusammensetzung bei jedem Lade- und Entladezyklus; aktives Material kann aufgrund physikalischer Volumenänderungen verloren gehen, wodurch die Anzahl der Wiederaufladungen der Batterie weiter eingeschränkt wird. Die meisten Batterien auf Nickelbasis sind beim Kauf teilweise entladen und müssen vor dem ersten Gebrauch aufgeladen werden. Neuere NiMH-Akkus sind sofort nach dem Kauf einsatzbereit und entladen sich in einem Jahr nur zu 15 %.

Bei jedem Lade-Entlade-Zyklus tritt eine gewisse Verschlechterung auf. Die Degradation tritt normalerweise auf, weil Elektrolyt von den Elektroden wegwandert oder weil sich aktives Material von den Elektroden löst. NiMH-Akkus mit geringer Kapazität (1.700–2.000 mAh) können etwa 1.000 Mal geladen werden, während NiMH-Akkus mit hoher Kapazität (über 2.500 mAh) etwa 500 Zyklen halten. NiCd-Akkus sind in der Regel für 1.000 Zyklen ausgelegt, bevor ihr Innenwiderstand dauerhaft über brauchbare Werte ansteigt. Schnelles Aufladen erhöht den Komponentenwechsel und verkürzt die Batterielebensdauer. Wenn ein Ladegerät nicht erkennen kann, wann der Akku vollständig aufgeladen ist, wird er wahrscheinlich überladen und beschädigt.

NiCd-Zellen können, wenn sie in einer bestimmten wiederholten Weise verwendet werden, eine Abnahme der Kapazität aufweisen, die als " Memory-Effekt " bezeichnet wird. Der Effekt kann mit einfachen Praktiken vermieden werden. NiMH-Zellen sind zwar chemisch ähnlich, leiden jedoch weniger unter dem Memory-Effekt.

Wiederaufladbare Blei-Säure- Autobatterien müssen Belastungen durch Vibrationen, Stöße und Temperaturbereiche standhalten. Aufgrund dieser Belastungen und der Sulfatierung ihrer Bleiplatten halten nur wenige Autobatterien bei regelmäßigem Gebrauch länger als sechs Jahre. Starterbatterien für Kraftfahrzeuge ( SLI : Starting, Lighting, Ignition ) haben viele dünne Platten, um den Strom zu maximieren. Im Allgemeinen gilt: Je dicker die Platten, desto länger die Lebensdauer. Sie werden typischerweise nur leicht entladen, bevor sie wieder aufgeladen werden. "Deep-Cycle"-Blei-Säure-Batterien, wie sie in elektrischen Golfwagen verwendet werden, haben viel dickere Platten, um die Lebensdauer zu verlängern. Der Hauptvorteil der Blei-Säure-Batterie sind ihre niedrigen Kosten; Seine Hauptnachteile sind Größe und Gewicht bei gegebener Kapazität und Spannung. Blei-Säure-Batterien sollten niemals unter 20 % ihrer Kapazität entladen werden, da der Innenwiderstand beim Wiederaufladen Hitze und Schäden verursacht. Deep-Cycle-Blei-Säure-Systeme verwenden häufig eine Warnleuchte für niedrigen Ladezustand oder einen Trennschalter für niedrigen Ladezustand, um Schäden zu vermeiden, die die Lebensdauer der Batterie verkürzen.

Die Batterielebensdauer kann verlängert werden, indem die Batterien bei niedriger Temperatur gelagert werden, z. B. in einem Kühl- oder Gefrierschrank , wodurch die Nebenreaktionen verlangsamt werden. Eine solche Lagerung kann die Lebensdauer von Alkalibatterien um etwa 5 % verlängern; Akkus können ihre Ladung je nach Typ viel länger halten. Um ihre maximale Spannung zu erreichen, müssen Batterien wieder auf Raumtemperatur gebracht werden; Das Entladen einer Alkalibatterie mit 250 mA bei 0 °C ist nur halb so effizient wie bei 20 °C. Hersteller von Alkalibatterien wie Duracell empfehlen keine Kühlbatterien.

Gefahren

Batterie nach Explosion

Eine Batterieexplosion wird im Allgemeinen durch Missbrauch oder Fehlfunktion verursacht, z. B. durch den Versuch, eine primäre (nicht wiederaufladbare) Batterie aufzuladen, oder durch einen Kurzschluss .

Wenn eine Batterie zu schnell aufgeladen wird, kann schneller ein explosives Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff entstehen, als es aus der Batterie entweichen kann (z. B. durch eine eingebaute Entlüftung), was zu einem Druckaufbau und schließlich zum Platzen der Batterie führt das Batteriefach. Batteriechemikalien können im Extremfall heftig aus dem Gehäuse spritzen und Verletzungen verursachen. Eine fachmännische Zusammenfassung des Problems weist darauf hin, dass dieser Typ „flüssige Elektrolyte verwendet, um Lithium-Ionen zwischen der Anode und der Kathode zu transportieren. Wenn eine Batteriezelle zu schnell geladen wird, kann dies einen Kurzschluss verursachen, der zu Explosionen und Bränden führt“. Autobatterien explodieren am ehesten, wenn ein Kurzschluss sehr große Ströme erzeugt. Solche Batterien produzieren Wasserstoff , der sehr explosiv ist, wenn sie überladen werden (aufgrund der Elektrolyse des Wassers im Elektrolyten). Während des normalen Gebrauchs ist die Überladung normalerweise sehr gering und erzeugt wenig Wasserstoff, der schnell abgebaut wird. Beim „Starthilfe“ eines Autos können jedoch durch den hohen Strom schnell große Mengen Wasserstoff freigesetzt werden, die durch einen Funken in der Nähe explosionsartig gezündet werden können, z. B. beim Abziehen eines Starthilfekabels .

Überladung (der Versuch, eine Batterie über ihre elektrische Kapazität hinaus aufzuladen) kann neben Auslaufen oder irreversiblen Schäden auch zu einer Batterieexplosion führen. Es kann auch Schäden am Ladegerät oder Gerät verursachen, in dem der überladene Akku später verwendet wird.

Die Entsorgung einer Batterie durch Verbrennung kann zu einer Explosion führen, da sich Dampf in dem versiegelten Gehäuse aufbaut.

Auslaufende Alkaline-Batterie

Viele Batteriechemikalien sind ätzend, giftig oder beides. Wenn es spontan oder unfallbedingt zu einer Leckage kommt, können die freigesetzten Chemikalien gefährlich sein. Zum Beispiel verwenden Einwegbatterien häufig eine Zink-"Dose" sowohl als Reaktant als auch als Behälter zur Aufnahme der anderen Reagenzien. Wenn diese Art von Batterie tiefentladen wird, können die Reagenzien durch den Karton und das Plastik austreten, die den Rest des Behälters bilden. Die aktive chemische Leckage kann dann die Ausrüstung beschädigen oder deaktivieren, die die Batterien mit Strom versorgen. Aus diesem Grund empfehlen viele Hersteller elektronischer Geräte, die Batterien von Geräten zu entfernen, die längere Zeit nicht verwendet werden.

Viele Arten von Batterien verwenden toxische Materialien wie Blei, Quecksilber und Cadmium als Elektrode oder Elektrolyt. Wenn jede Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht, muss sie entsorgt werden, um Umweltschäden zu vermeiden. Batterien sind eine Form von Elektroschrott (Elektroschrott). Elektroschrott- Recyclingdienste gewinnen giftige Substanzen zurück, die dann für neue Batterien verwendet werden können. Von den fast drei Milliarden Batterien, die jährlich in den Vereinigten Staaten gekauft werden, landen etwa 179.000 Tonnen landesweit auf Mülldeponien.

Batterien können gesundheitsschädlich oder tödlich sein, wenn sie verschluckt werden . Kleine Knopfzellen können insbesondere von Kleinkindern verschluckt werden. Im Verdauungstrakt kann die elektrische Entladung der Batterie zu Gewebeschäden führen; Solche Schäden sind gelegentlich schwerwiegend und können zum Tod führen. Verschluckte Disk-Batterien verursachen normalerweise keine Probleme, es sei denn, sie bleiben im Magen-Darm-Trakt stecken . Der häufigste Ort, an dem sich Festplattenbatterien festsetzen, ist die Speiseröhre, was zu klinischen Folgen führt . Batterien, die die Speiseröhre erfolgreich durchqueren, werden sich wahrscheinlich nicht anderswo festsetzen. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Scheibenbatterie in der Speiseröhre stecken bleibt, hängt vom Alter und der Batteriegröße des Patienten ab. Größere Kinder haben keine Probleme mit Batterien, die kleiner als 21–23 mm sind. Verflüssigungsnekrose kann auftreten, weil Natriumhydroxid durch den von der Batterie erzeugten Strom (normalerweise an der Anode) erzeugt wird. Bereits 6 Stunden nach der Einnahme trat eine Perforation auf.

Gesetzgebung und Regulierung

Die Gesetzgebung zu Elektrobatterien umfasst Themen wie sichere Entsorgung und Recycling.

In den Vereinigten Staaten verbot der Mercury-Containing and Rechargeable Battery Management Act von 1996 den Verkauf von quecksilberhaltigen Batterien, erließ einheitliche Kennzeichnungsanforderungen für wiederaufladbare Batterien und verlangte, dass wiederaufladbare Batterien leicht zu entfernen sind. Kalifornien und New York City verbieten die Entsorgung von wiederaufladbaren Batterien im festen Abfall. Die wiederaufladbare Batterieindustrie betreibt landesweite Recyclingprogramme in den Vereinigten Staaten und Kanada mit Abgabestellen bei örtlichen Einzelhändlern.

Die Batterierichtlinie der Europäischen Union hat ähnliche Anforderungen, zusätzlich zu der Forderung nach verstärktem Recycling von Batterien und der Förderung der Forschung zu verbesserten Batterierecyclingmethoden . Gemäß dieser Richtlinie müssen alle Batterien, die innerhalb der EU verkauft werden sollen, mit dem „Sammelsymbol“ (durchgestrichene Mülltonne) gekennzeichnet sein. Dieser muss mindestens 3 % der Oberfläche von prismatischen Batterien und 1,5 % der Oberfläche von zylindrischen Batterien bedecken. Alle Verpackungen müssen entsprechend gekennzeichnet sein.

Als Reaktion auf gemeldete Unfälle und Ausfälle, gelegentlich Entzündungen oder Explosionen, sind Rückrufe von Geräten mit Lithium-Ionen-Akkus in den letzten Jahren häufiger geworden.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links