1.2V Batterien: Ein Überblick
Die Spannung elektrischer Batterien ist ein entscheidendes Merkmal, das durch verschiedene Faktoren bestimmt wird. Einer der Hauptfaktoren ist die Chemie, die sich auf die potenzielle Differenz der Materialien bezieht, welche die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Anzahl der Zellen. Batterien, die in Serie geschaltet sind, erzeugen eine Spannung, die gleich der Anzahl der Batterien multipliziert mit der Spannung jeder einzelnen Batterie ist.
NiMH und NiCd Batterien
Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Nickel-Cadmium (NiCd) Batterien sind bekannte Beispiele für 1.2V Batterien. Sowohl NiCd- als auch NiMH-Batterien haben eine Nennspannung von 1,2V pro Zelle mit einer typischen Entladeschlussspannung von 1V. Die Gesamtspannung der Redoxreaktion beträgt E0 = 0.49V – (-0.83V) = 1.32V.
Das Format der Batterie, ob AA oder AAA, beeinflusst nicht ihre Spannung. Eine elektrische Batterie ist im Wesentlichen eine Quelle von Gleichstromenergie. Sie wandelt gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um und liefert so eine Quelle der elektromotorischen Kraft, um Ströme in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen zu ermöglichen.
Die Rolle der Chemie und Zellzahl
Die Spannung elektrischer Batterien wird durch die potenzielle Differenz der Materialien, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden, erzeugt. Da die meisten resultierenden Spannungen um 2V liegen, werden Zellen in Serie geschaltet, um praktischere elektrische Potenziale zu erhalten (z.B. sechs 2V Blei-Säure-Zellen in Serie für eine typische 12V Batterie).
1.2V NiMH Batterie
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie, NiMH, ist eine wiederaufladbare Batterie mit einer positiven Elektrode aus Nickelhydroxid und einer negativen Elektrode aus einem Metallhydrid (einer wasserstoffabsorbierenden Legierung). Die NiMH-Batterie wurde 1989 kommerziell eingeführt und wurde hauptsächlich als Energiequelle in tragbaren Personalcomputern verwendet. Seitdem hat sich das NiMH-Batteriesystem insbesondere in Elektro-Hybridfahrzeugen durchgesetzt und macht 10% des Gesamtmarktes für wiederaufladbare Batterien aus.
Im Vergleich zur NiCd-Batterie bietet die NiMH eine um 40 Prozent höhere spezifische Energie, was in etwa einer doppelt so hohen Kapazität entspricht. NiMH-Batterien sind auch weniger anfällig für Spannungsdepression, aber der Hauptvorteil ist das Fehlen von toxischem Cadmium. Der Memory-Effekt von NiMH-Batterien ist viel geringer als bei Nickel-Cadmium-Batterien. Die Gesamtreaktion während der Entladung ist: NiO(OH) + MH → Ni(OH)2 + M.
1.2V Nickel-Cadmium Batterie
Die Nickel-Cadmium-Batterie (Ni-Cd-Batterie) ist eine Art Sekundärbatterie, die Nickeloxidhydroxid Ni(O)(OH) als Kathode und metallisches Cadmium als Anode verwendet. Die Batterie hat eine geringe interne Impedanz, was in hohen Leistungsfähigkeiten, aber geringerer Energiespeicherkapazität im Vergleich zu anderen Batteriesystemen resultiert. Sie hat eine lange Lebensdauer und die Fähigkeit zur schnellen Aufladung, kann aber unter Spannungsdepression oder Memory-Effekt leiden.
Der größte Nachteil ist der Inhalt von Cadmium. Leider ist Cadmium extrem toxisch; daher wird die Ni-Cd nicht als Alternative für ein modernes Batteriesystem angesehen. Die Gesamtreaktion während der Entladung ist: 2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2.
Zellspannung
Die Spannung, die von jeder Lithium-Ionen-Zelle erzeugt wird, beträgt etwa 3,6 Volt. Dies bietet viele Vorteile. Da sie höher ist als die von Standard-Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid- und sogar Standard-Alkalizellen (ca. 1,5 Volt) und Blei-Säure (ca. 2 Volt pro Zelle), ist die Spannung jeder Lithium-Ionen-Zelle höher, was in vielen Batterieanwendungen weniger Zellen erfordert.
Warum sind Alkalibatterien 1,5V und wiederaufladbare 1,2V?
Primärzellen (Einweg- oder Alkalibatterien) verwenden Zellen, die bei frischem Zustand eine Leerlaufspannung von 1,5V haben. Sekundärzellen (wiederaufladbare Batterien) aus NiMh oder NiCd haben eine Leerlaufspannung von 1,2V. In der Praxis können Alkali- und wiederaufladbare Batterien austauschbar verwendet werden. Sie haben nur unterschiedliche Spannungseigenschaften, die durch ihre unterschiedliche Chemie gegeben sind.
Andere Batterietypen
Zusammenfassend gibt es zahlreiche Arten von elektrischen Batterien, die aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen bestehen. Die folgende Liste fasst bemerkenswerte Batterietypen zusammen, unterteilt nach Größe und Format, primären (nicht wiederaufladbaren) und sekundären (wiederaufladbaren) Zelltypen, Anwendungen und verschiedenen Batteriespannungen.
