Batterien sind in einer Welt der mobilen Endgeräte und Elektrofahrzeuge extrem wichtig. Sie machen es möglich, unterwegs Musik zu hören und ins Internet zu gehen, zu Hause den Fernseher per Fernbedienung zu bedienen oder größere Strecken mit dem Auto oder E-Scooter zurückzulegen.

Auch in Uhren und Wearables sind sie von entscheidender Bedeutung. Allerdings ist Batterie nicht gleich Batterie. Für unterschiedliche Anwendungsgebiete gibt es jeweils eigene Batterietypen mit jeweils anderen Eigenschaften.

Batterie ist nicht gleich Batterie. Es gibt viele verschiedene Varianten.

Dieser Artikel beschäftigt sich mit diesen Batterietypen und stellt sie im Einzelnen vor. Übrigens wenn du mehr über die Vor- und Nachteile von Akkus und Batterien wissen willst lies unseren Ratgeber Akku vs. Batterie – was ist besser?

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Welche Batterietypen gibt es?


Hier eine Übersicht der verschiedenen Batterietypen:


In den folgenden Absätzen geht es um die verschiedenen Batterietypen, die es gibt, sowie um deren Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile:


Primärzellen

Als Primärzellen werden Batterien bezeichnet, die nach ihrer Entladung grundsätzlich nicht wieder aufladbar sind. Sie sind immer dann praktisch, wenn für einen einmaligen Anlass mobile Energie benötigt wird. Primärzellen sind in der Anschaffung deutlich preiswerter als Akkumulatoren, dafür können letztere je nach Bauart mehrere hundert Mal wieder aufgeladen werden.

Akkumulatoren

Bei Akkumulatoren (Akkus) handelt es sich im Unterschied zu Primärzellen um Sekundärzellen, also um Batterien, die mehrfach aufgeladen werden können. Sie sind in der Lage, mittels chemischer Prozesse elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln und diese dann abzuspeichern.

Werden Akkumulatoren in einen Verbraucher gegeben, bezieht dieser seine Energie von den Akkus. Hierbei wird die gespeicherte chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.

Zink-Braunstein-Zellen

Der Begriff „Zink-Braunstein-Zelle“ beschreibt eine ganze Gruppe von Batterien, bei deren Elektroden Zink und Braunstein (Manganoxid) zum Einsatz kommen. Die verschiedenen Unterformen unterscheiden sich jeweils durch das verwendete Elektrolyt und die Art,wie die Batterien aufgebaut sind. Batterien dieser Gruppe liefern eine Spannung von 1,5 Volt. Zu den bekanntesten Vertretern gehören Zink-Kohle-Batterien, Zinkchlorid-Batterien und Alkali-Mangan-Batterien.

Zink-Kohle-Batterien

Zink-Kohle-Batterien sind eine Unterform der Zink-Braunstein-Zellen und zählen somit zu den Primärbatterien. Sie zeichnen sich durch vergleichsweise geringe Herstellungskosten aus, liefern dafür allerdings deutlich schlechtere Werte. Ein besonders großes Problem bei solchen Batterien besteht darin, dass sie am Ende ihrer Nutzungszeit häufig auslaufen. Das ist an sich schon ärgerlich, kann aber zusätzlich zu einer Beschädigung der Geräte führen, in denen sie sich befinden. Außerdem sinkt die Ursprungsspannung solcher Batterien im Betrieb sehr schnell ab.

Deswegen können sie nicht für Aufgaben mit einem hohen Energiebedarf verwendet werden. Nicht zuletzt ist die Selbstentladung solcher Batterien höher als bei anderen Modellen.

Zinkchlorid-Batterien

Zinkchlorid-Batterien gehören ebenfalls zur Familie der Zink-Braunstein-Batterien, sind heutzutage aber kaum noch im Einsatz. Lediglich in einigen Taschenlampen und Spielgeräten sind sie noch zu finden. Der Grund hierfür ist, dass sie weitestgehend durch Alkali-Mangan-Batterien verdrängt wurden. Das liegt unter anderem an den im Vergleich deutlich besseren Werten der Alkali-Mangan-Batterien. Die Spannung von Zinkchlorid-Batterien beträgt 1,5 Volt, sodass sie grundsätzlich für diverse Einsatzgebiete verwendet werden können.



Zink-Luft-Batterien

Bei Zink-Luft-Batterien handelt es sich um Primärzellen, deren Spannung durch eine Reaktion von Zink und Sauerstoff erreicht wird. In der Theorie können bis zu 1,6 Volt erreicht werden, in der Praxis kommen solche Batterien aber zumeist auf einen Wert von 1,35-1,4 Volt. Zink-Luft-Batterien kommen häufig dort zum Einsatz, wo früher Quecksilberoxid-Zink-Batterien verwendet wurden. Sie sind also zum Beispiel in Hörgeräten zu finden. Da Quecksilberoxid-Zink-Batterien eine starke Belastung für die Umwelt darstellen, entscheiden sich viele Hersteller und Anwender daher oft eher für Zink-Luft-Batterien.

Silberoxid-Zink-Batterien

Silberoxid-Zink-Batterien haben Elektroden aus Silber und Zink und arbeiten mit einer Kalilauge als Elektrolyt. Sie sind in der Regel als Knopfzellen im Einsatz und bieten eine Nennspannung von zumeist 1,55 Volt. Solche Batterien können üblicherweise nur einige Male wiederaufgeladen werden, es gibt aber von einigen Herstellern Varianten, die mehrere hundert Mal wiederaufladbar sind. Da solche Batterien wertvolle Komponenten enthalten, ist es sinnvoll, sie zu recyceln und die enthaltenen Wertstoffe herauszuziehen.

Nickel-Oxyhydroxid-Batterien

Nickel-Oxhydroxid-Batterien erfüllen im Grunde dieselben Aufgaben wie Alkali-Mangan-Batterien, sind aber deutlich langlebiger und geben ihre Leistung sehr gleichmäßig ab. Zudem sind solche Batterien hochstromfähig und können daher zum Beispiel dafür genutzt werden, kleine Elektromotoren anzutreiben. Bei der Herstellung solcher Batterien kommt heutzutage eine moderne Vakuumgießtechnik zum Einsatz, durch die mehr Elektrolyt in die Batterie eingefüllt werden kann.

Zu beachten ist, dass die Zellspannung solcher Batterien bei 1,7 Volt liegt, wohingegen Alkali-Mangan-Batterien 1,5 Volt liefern. Deswegen können solche Batterien nur für Geräte mit einer Spannungsregelung genutzt werden, da sie sonst erhebliche Schäden anrichten können.

Lithium-Batterien

Im Unterschied zu Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die wiederaufladbar sind, gehören Lithium-Batterien zu den Primärzellen. Im Unterschied zu anderen Batterien wie Alkali-Mangan-Batterien und Zink-Kohle-Batterien weisen Lithium-Batterien eine besonders hohe Energiedichte auf. Ebenfalls von Vorteil ist die hohe Zellspannung solcher Batterien. Da Lithium-Batterien eine geringe Selbstentladung aufweisen, können sie ohne große Schwierigkeiten gelagert werden. Außerdem halten sie ganz unterschiedliche Temperaturen aus, weswegen ihnen warme und kalte Umgebungen keine Probleme bereiten.


Der detailierte Aufbau eines Lithium Ionen Akku


Es gibt eine Vielzahl von Batterietypen, die zur Familie der Lithium-Batterien gehören. Hierzu zählen etwa Lithium-Manganoxid-Batterien, Lithium-Schwefeloxid-Batterien, Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterien, Lithium-Iod-Batterien und Lithium-Eisensulfid-Batterien. Diese unterscheiden sich neben ihren Ausgangsstoffen in ihrer Leerlaufspannung und ihrer Lastspannung. Diese verschiedenen Batterietypen kommen in jeweils anderen Umfeldern häufig zum Einsatz.

Lithium-Manganoxid-Batterien sind zum Beispiel in Computern, Kameras und Uhren weit verbreitet. Sie können als kleine, leichte Knopfzellen verwendet werden, eignen sich als Wickelzellen aber auch für Dauerbelastungen. Lithium-Schwefeloxid-Batterien sind vor allem beim Militär im Einsatz, wohingegen Lithium-Iod-Batterien in Herzschrittmachern gute Dienste leisten.

Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterien sind bei der Herstellung vergleichsweise teuer. Deswegen sind sie überall dort zu finden, wo Leistung und Qualität wichtiger sind als ein niedriger Preis. Das ist zum Beispiel in medizinischen Umfeldern der Fall.

Aluminium-Luft-Batterie

Die Spannung der Aluminium-Luft-Batterien liegt bei 1,2 Volt. Um sie zu erreichen ist es notwendig, dass der Sauerstoff der Luft mit dem Aluminium reagiert. Ein Vorteil solcher Batterien ist ihre hohe Energiedichte, allerdings sind sie im Betrieb sehr teuer. Deswegen haben sie sich nicht flächendeckend durchgesetzt, sondern finden nur in ganz speziellen Einsatzgebieten Verwendung. So werden sie zum Beispiel im militärischen Bereich dafür eingesetzt, elektrische Fahrzeuge anzutreiben.

Unter gleichen Bedingungen ist die Reichweite von Aluminium-Luft-Batterien in Elektrofahrzeugen etwa acht Mal so hoch wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Ein großer Nachteil solcher Batterien ist ihre recht hohe Selbstentladung.



Unterscheidungsmerkmale bei Batterien


Batterien sind Zusammenschlüsse mehrerer einzelner Monozellen. Sie dienen als mobiler Energiespeicher, mit dem nahezu immer und überall Strom zur Verfügung steht. Grundsätzlich gibt es drei Arten, Batterietypen zu unterscheiden:

Die chemische Zusammensetzung

Die verschiedenen Batterietypen unterscheiden sich in ihrer jeweiligen chemischen Zusammensetzung. Ursprünglich kam bei Batterien vor allem Blei zum Einsatz. Heute sind die sogenannten Blei-Säure-Batterien nach wie vor in Autos und anderen Fahrzeugen zu finden. Später kamen Nickel-Cadmium-Akkumulatoren auf den Markt. Diese haben sich vor allem deshalb einen Namen gemacht, weil anhand solcher Batterien der sogenannte Memory-Effekt erstmals nachgewiesen werden konnte (mehr zum Memory-Effekt).

Zu den heute geläufigsten Batterietypen gehören Lithium-Batterien. All diese Modelle haben zahlreiche Untervarianten, die sich durch ihre chemische Zusammensetzung unterscheiden. Die diversen chemischen Zusammensetzungen bringen jeweils andere Vor- und Nachteile mit sich. So sind Blei-Batterien beispielsweise sehr widerstandsfähig gegen Hitze und Druck, dafür büßen sie sehr schnell an Energie ein.

Nickel-Cadmium-Batterien bringen eine gute Leistung mit sich, sind aber für die Umwelt extrem schädlich. Lithium-Batterien sind sehr effizient und nutzerfreundlich, zeichnen sich aber durch eine große Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen aus.

Der Aufbau der Batterien

Batterien sind im Grunde Zusammenschlüsse vieler Monozellen. Ein solcher Zusammenschluss ermöglicht es, bestimmte Spannungen und Kapazitäten zu erreichen, die in bestimmten Einsatzgebieten vonnöten sind. So hat zum Beispiel eine Fernbedienung oder ein Wecker für den Nachttisch einen anderen Energiebedarf als etwa ein Akkuschrauber oder ein E-Scooter.

Das Ziel der unterschiedlichen Batterietypen besteht darin, für diese vielfältigen Einsatzgebiete und die diversen Geräte die beste Energieversorgung zu gewährleisten. Grundsätzlich bestehen Batterien aus zwei Elektroden, von denen die eine positiv und die andere negativ geladen ist. In der Regel wird durch sogenannte Separatoren dafür gesorgt, dass diese beiden Bereiche der Batterie nicht miteinander in Kontakt kommen und dass somit kein Kurzschluss entstehen kann.

Für die Energieübertragung wird ein sogenanntes Elektrolyt benötigt. Dieses kann sowohl flüssig (Kalium) als auch fest (Gel) sein. Die jeweiligen Komponenten haben jeweils andere chemische Eigenschaften und führen somit zu anderen Reaktionen und Wirkungen. Alle Bauarten von Batterien bringen Vor- und Nachteile mit sich. Einige haben eine besonders hohe Selbstentladung, sind dafür aber sehr robust.

Andere sind gegenüber äußeren Einwirkungen wie Temperaturen oder Druck sehr empfindlich, bringen dafür aber eine exzellente Leistung. Welche Bauart sich am besten eignet, hängt vom jeweiligen Einsatzzweck ab und davon, welche Erwartungen die Nutzerinnen und Nutzer an die Batterie richten.

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Unterschiedliche Größen bei Batterien

Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal bei Batterien ist deren Größe. So gibt es zum Beispiel kleine Knopfzellen. Diese überzeugen durch ihre geringe Größe und ihr zu vernachlässigendes Gewicht. Sie können somit mühelos mitgeführt und selbst in kleine Geräte eingebaut werden.

Vor allem in Armbanduhren sind solche Knopfzellen zu finden. Ebenso gibt es teils sehr groß Batterien, die zum Beispiel in der Industrie oder bei der Photovoltaik Anwendung finden. 

Diese dienen dazu, erzeugte Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. In der Photovoltaik sind solche Batterien zudem in der Lage, erzeugten Strom an das öffentliche Stromnetz abzugeben. Neben diesen beiden Extremen gibt es noch eine Vielzahl weiterer Größen bei Batterien. So haben zum Beispiel Autobatterien eine andere Größe als sogenannte Mono-Batterien oder D-Zellen. Häufig ist der Unterschied von Batterien bereits an deren Erscheinungsbild ersichtlich.

Einige sind zum Beispiel eckig gebaut, während andere rund sind. Manchmal sind die Unterschiede aber nicht so deutlich. So sind zum Beispiel Mignon-Batterien und Micro-Batterien teilweise sehr ähnlich und der Größenunterschied von AA-Batterien und AAA-Batterien somit nur im direkten Vergleich erkennbar.


Neben diesen drei Unterscheidungsmerkmalen spielen vor allem drei Eigenschaften der Batterietypen eine wichtige Rolle:


Die Kapazität

Als Kapazität wird die elektrische Ladung bezeichnet, die in einer Batterie gespeichert ist. Sie gibt also Auskunft darüber, wie viel Energie eine Batterie zum Betreiben eines Geräts oder Endverbrauchers liefern kann. Diese Kapazität unterscheidet sich grundlegend von der elektrischen Kapazität, die als physikalische Größe Bedeutung hat. Im Einsatz muss darauf geachtet werden, dass die vorhandene Kapazität für das jeweilige Einsatzgebiet ausreichend ist. Die Kapazität einer Batterie wird in Amperestunden angegeben. Wie man die Akku-Kapazität misst, erfährst du übrigens in unserem Ratgeber.

Die Leistung

Mit der Leistung einer Batterie ist die Menge an elektrischer Energie gemeint, die in einer fest definierte Zeiteinheit entnommen werden kann. Im Unterschied zur Kapazität sagt die Leistung also nicht, wie viel Energie eine Batterie insgesamt liefert, sondern wie viel davon innerhalb eines bestimmten Zeitfensters zur Verfügung steht. Die Leistung einer Batterie wird in Watt angegeben.

Die Selbstentladung

Batterien unterliegen grundsätzlich einer Selbstentladung. Das bedeutet, dass sie innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine bestimmte Menge an Energie einbüßen. Wie hoch die Selbstentladung einer Batterie ist, hängt vor allem von deren Bauart und Aufbau ab. Die Selbstentladung birgt die Gefahr, dass eine Batterie tiefentladen werden könnte (mehr Tiefentladung hier). Außerdem kannst du in unserem Ratgeber nachlesen, wie ein Akku richtig geladen wird. Um das (zum Beispiel beim Lagern von Batterien) (mehr zur Lagerung von Akkus) zu verhindern, sollten Batterien regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls nachgeladen werden.


Die offiziellen und inoffiziellen Namen der Batterietypen

Batterien sind teils unter verschiedenen Namen bekannt. Hierbei ist zwischen offiziellen und inoffiziellen Namen zu unterscheiden. Sowohl die IEC als auch das ANSI haben eigene Bezeichnungen für die verschiedenen Batterietypen, die durchaus bekannt und gebräuchlich sind. Die im Volksmund bekannten D-Batterien (Mono-Batterien) werden von der IEC als R20 und vom ANSI als 13 bezeichnet.

Die C-Batterien (Baby-Batterien) heißen bei der IEC R14 und beim ANSI 14. Es lohnt sich, diese verschiedenen Bezeichnungen zu kennen, um beim Vergleichen und bei der Auswahl nicht durcheinander zu kommen. Das gilt insbesondere für die Batterien der A-Reihe, die häufig verwendet werden und deren Namen AA (Mignon-Batterien), AAA (Micro-Batterien) und AAAA (Mini-Batterien) bei der IEC und beim ANSI R6 beziehungsweise 15, R03 beziehungsweise 24 und R8D425 beziehungsweise 25 sind.


Das Besondere an Knopfzellen

Knopfzellen bieten den großen Vorteil, dass sie sehr klein sind. Sie eignen sich daher speziell für Geräte, die immer mitgeführt werden. Hierzu gehören zum Beispiel Hörgeräte und Armbanduhren. Dank ihres geringen Eigengewichts stellen Knopfzellen quasi keine zusätzliche Belastung dar, sodass die Geräte mühelos und jederzeit mitgeführt und genutzt werden können. Knopfzellen eignen sich jedoch nur für Geräte mit einem geringen Energiebedarf.

Durch ihre lange Haltbarkeit eignen sie sich zudem für Geräte, die nur gelegentlich und für kurze Zeit in Benutzung sind. Ein typisches Beispiel hierfür sind Taschenrechner. Bei Knopfzellen kommen ganz unterschiedliche Technologien zum Einsatz. Besonders gängig sind Lithium-Ionen-Knopfzellen, aber auch Alkali-Mangan-Knopfzellen und Zink-Luft-Knopfzellen sind zu haben. Bei der Auswahl spielen verschiedene Faktoren eine Rolle.

So müssen zum Beispiel die Abmessungen zu dem jeweiligen Gerät passen. Das Besondere an Knopfzellen ist, dass bei den meisten Modellen der Durchmesser größer als die Höhe ist. Zudem gibt es zwei Größenbezeichnungen, die abhängig von der jeweiligen Betrachtungsmethode sind. Knopfzellen liefern in der Regel eine Spannung zwischen 1,35-3,0 Volt. Je nach Bedarf steht somit mehr oder weniger Energie zur Verfügung.

Die Ladungsmenge wird in Milliamperestunden angegeben und kann sich auf mehrere Jahre belaufen. Insofern haben Knopfzellen eine recht gute Umweltbilanz, da sie lange genutzt werden können und selten ausgetauscht werden müssen. Das gilt zumindest für solche Modelle, die mit modernen Technologien arbeiten und in denen keine Giftstoffe enthalten sind.



Fazit: Für vielfältige Einsatzbereiche gibt es jeweils eigene Batterietypen

Im Bereich der Batterien gibt es eine Vielzahl an Technologien und Bauformen. Diese zeichnen sich durch eine besonders gute Kapazität und Leistung aus, sind widerstandsfähig und langlebig oder haben eine besonders gute Umweltbilanz. Abhängig vom Einsatzgebiet eignen sich jeweils andere Batterietypen besonders gut. Knopfzellen sind zum Beispiel sehr klein und leicht, wohingegen Autobatterien ausgesprochen robust und langlebig sind.

In der Regel ist es lohnenswert, auf moderne Batterien zu setzen, da diese immer weiterentwickelt werden und die Nachteile und Probleme älterer Modelle überwinden oder zumindest reduzieren. Dennoch kommen in einigen älteren Geräten noch Batterien früherer Generationen zum Einsatz, weil diese sich bewährt haben oder besonders günstig sind.

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