Selbstentladung von Batterien
Batterien entladen sich selbst, auch wenn sie nicht angeschlossen sind und keinen Strom liefern. Dies ist auf nicht-stromerzeugende „Neben“- chemische Reaktionen zurückzuführen, die in der Zelle stattfinden, selbst wenn keine Last angelegt ist. Die Rate dieser Nebenreaktionen wird reduziert, wenn Batterien bei niedrigeren Temperaturen gelagert werden, obwohl einige durch Gefrieren beschädigt werden können.
Elektrische Batterien als Energiequelle
Ein elektrischer Akkumulator ist im Wesentlichen eine Quelle für Gleichstromenergie. Er wandelt gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um. Dies ermöglicht eine Quelle der elektromotorischen Kraft, um Ströme in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen zu ermöglichen. Eine typische Batterie besteht aus einer oder mehreren Volta-Zellen.
Das Prinzip der elektrochemischen Zelle
Das grundlegende Prinzip in einer elektrochemischen Zelle sind spontane Redoxreaktionen in zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten getrennt sind, eine Substanz, die ionisch leitfähig und elektrisch isolierend ist.
Selbstentladungsrate verschiedener Batterietypen
Alte wiederaufladbare Batterien entladen sich schneller als Einweg-Alkalibatterien, insbesondere Nickel-basierte Batterien. Eine frisch geladene Nickel-Cadmium (NiCd) Batterie verliert in den ersten 24 Stunden 10% ihrer Ladung und entlädt sich danach mit einer Rate von etwa 10% pro Monat. Die Selbstentladung einer NIMH-Batterie beträgt am ersten Tag 5–20% und stabilisiert sich bei Raumtemperatur auf etwa 0,5–4% pro Tag. Bei 45 °C ist sie jedoch etwa dreimal so hoch.
Ein Blei-Säure-Akku, der bei mäßigen Temperaturen gelagert wird, hat eine geschätzte Selbstentladerate von 5% pro Monat. Diese Rate erhöht sich mit steigenden Temperaturen und das Risiko der Sulfatierung steigt.
Li-Ion-Akkus haben eine Selbstentladerate, die typischerweise von Herstellern mit 1,5–2% pro Monat angegeben wird. Die Rate steigt mit der Temperatur und dem Ladezustand.
Primärbatterien verlieren typischerweise 2 bis 5 Prozent ihrer ursprünglichen Ladung pro Jahr, wenn sie bei Raumtemperatur (20–30 °C) gelagert werden. Für die Lithium-Metall-Primärbatterie, wie die CR2032, beträgt die Selbstentladerate etwa 1% pro Jahr.
Weitere Charakteristika von Batterien
Um die Fähigkeiten jeder Batterie zu vergleichen und zu verstehen, sind einige wichtige Parameter charakteristisch für jede Batterie, auch innerhalb eines Batterietyps. Diese Parameter sind eine Referenz, wenn eine Batterie benötigt wird und spezifische Qualitäten erforderlich sind, da Batterien in allen Arten von Geräten und für unendliche Zwecke verwendet werden.
Zellenspannung
Die Spannung elektrischer Batterien wird durch den Potentialunterschied der Materialien erzeugt, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden.
Abschaltungsspannung
Die Abschaltungsspannung ist die minimal zulässige Spannung. Es ist diese Spannung, die im Allgemeinen den „leeren“ Zustand der Batterie definiert.
Kapazität
Die koulometrische Kapazität ist die Gesamtamperestunden, die verfügbar sind, wenn die Batterie bei einem bestimmten Entladestrom von 100% SOC bis zur Abschaltungsspannung entladen wird.
C-Rate der Batterie
Die C-Rate einer Batterie gibt an, wie schnell sie entladen oder aufgeladen werden kann. Sie wird in Einheiten des Verhältnisses der Kapazität pro Zeiteinheit ausgedrückt, z.B. C/5 bedeutet, dass die Batterie in 5 Stunden vollständig entladen oder aufgeladen wird.
Abbau und Verschlechterung
Einige Verschlechterungen wiederaufladbarer Batterien treten bei jedem Lade-Entlade-Zyklus auf. Die Verschlechterung tritt normalerweise auf, weil der Elektrolyt von den Elektroden wegwandert oder weil aktives Material von den Elektroden abfällt.
Tiefe der Entladung
Die Entladungstiefe ist ein Maß dafür, wie viel Energie aus einer Batterie entnommen wurde und wird als Prozentsatz der vollen Kapazität ausgedrückt. Zum Beispiel hat eine 100 Ah Batterie, aus der 40 Ah entnommen wurden, eine Entladungstiefe von 40% (DOD).
Ladezustand
Der Ladezustand bezieht sich auf die Menge der Ladung in einer Batterie im Verhältnis zu ihren vordefinierten „vollen“ und „leeren“ Zuständen, d.h. die Menge der Ladung in Amperestunden, die in der Batterie verbleibt.
