Alkaline vs. Wiederaufladbare Batterien: Warum Unterschiedliche Spannungen?
In der Welt der Batterien gibt es eine bemerkenswerte Unterscheidung zwischen alkalischen Batterien und wiederaufladbaren Batterien, insbesondere im Hinblick auf ihre Nennspannungen. Alkalische Batterien, typischerweise als AAA oder AA-Größen bekannt, werden mit einer Spannung von 1,5 Volt hergestellt, während wiederaufladbare Batterien, wie Nickel-Metallhydrid (NiMH)-Batterien, oft eine Spannung von 1,2 Volt aufweisen. Dieser Unterschied ist auf die unterschiedliche Chemie und die Entladecharakteristiken dieser beiden Batterietypen zurückzuführen.
Die Chemie Hinter den Spannungen
Alkalische Batterien basieren auf einer elektrochemischen Reaktion zwischen Zink und Manganoxid (MnO2) in Gegenwart eines alkalischen Elektrolyten, typischerweise Kaliumhydroxid (KOH). Dieser Typ von Batterie wird als Primärbatterie bezeichnet und ist für einmaligen Gebrauch vorgesehen. Die Standardreaktion in einer alkalischen Batterie lautet:
Zn(s) + 2MnO2(s) ⇌ ZnO(s) + Mn2O3(s) [e° = +1.43 V]
Im Gegensatz dazu basieren wiederaufladbare Batterien wie NiMH-Batterien auf einer anderen Reaktionsgleichung:
NiO(OH) + MH → Ni(OH)2 + M [e° = +1.32 V]
Entladungscharakteristiken von Primär- und Sekundärbatterien
Primärzellen, wie die alkalischen Batterien, erfahren während ihrer Nutzung eine allmähliche Spannungsabnahme. Sie beginnen bei 1,5 Volt und fallen auf 1,2 Volt und schließlich auf 1,0 Volt ab, an dem Punkt, an dem das angeschlossene Gerät aufhört zu funktionieren. Im Gegensatz dazu haben Sekundärzellen, also wiederaufladbare Batterien, eine gleichmäßigere Betriebsweise. Trotz ihrer niedrigeren Startspannung von nur 1,2 Volt, behalten sie diese Spannung fast konstant bei, bis sie fast vollständig entladen sind und dann schnell auf unter 1,0 Volt fallen.
Warum 1,5V bei Alkalischen und 1,2V bei Wiederaufladbaren?
Die Antwort liegt in der grundlegenden Funktionsweise von Batterien. Batterien wandeln gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um. Primärbatterien, wie alkalische, verwenden Zellen, die bei frischem Zustand eine offene Kreislaufspannung von 1,5V haben. Sekundärbatterien, wie NiMH oder Nickel-Cadmium (NiCd), verwenden Zellen mit einer offenen Kreislaufspannung von 1,2V.
Diese unterschiedlichen Spannungen bedeuten jedoch nicht, dass die eine Batterieart der anderen unterlegen ist. Tatsächlich wird oft angenommen, dass Sekundärzellen mit 1,2 V besser funktionieren als alkalische Batterien, da sie eine niedrigere Ausgangsimpedanz und eine konsistentere Spannung vom Start bis zum Ende einer Ladung aufweisen.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl alkalische als auch wiederaufladbare Batterien ihre eigenen einzigartigen Vorteile und Charakteristiken aufweisen, die von ihrer spezifischen Chemie und Entladungsverhalten abhängen. Trotz der unterschiedlichen Spannungen können beide Batterietypen in vielen Geräten, die für Spannungen zwischen 1,0 und 1,5 Volt ausgelegt sind, austauschbar verwendet werden.
