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    Ratgeber

    Batterien, die cleveren Stromspender mit einer sehr langen Tradition

    Mittlerweile ist esÂ ĂŒber 200 Jahre her, dass Alessandro Volta nachweislich mit mehreren Zink- und Kupferplatten die erste funktionierende Batterie mit galvanischen Zellen gebaut hat. Auch wenn die Volta`sche SĂ€ule, so wie sie damals genannt wurde, noch groß und unhandlich war, ebnete sie doch den Weg zur Elektrotechnik und zu vielen weiteren interessanten Entdeckungen. Und bis in die heutigen Tage hat sich am Funktionsprinzip einer Batterie nicht viel geĂ€ndert.



    Was ist eine Batterie?

    Eine Batterie ist ein Energiespeicher, in dem die gespeicherte chemische Energie durch Reduktions-Oxidation in elektrische Energie gewandelt wird. Im Prinzip sind das zwei elektrochemische Stoffe (Elektroden) mit unterschiedlichen elektrochemischen Spannungspotentialen, die in einem GehÀuse mit Elektrolyt untergebracht sind (siehe Bild 1).

    Im Falle einer Alkali-Mangan-Batterie bestehen die beiden Elektroden aus Zink (Minus-Pol/Anode) und Mangandioxid (Plus-Pol/Kathode). Als Elektrolyt wird konzentrierte Kalilauge (Kaliumhydroxid) verwendet, mit der die beiden Elektroden und der Separator getrÀnkt sind (siehe Bild 2).

    Da Batterien zum eimaligen Gebrauch vorgesehen sind, werden sie auch PrimÀrzellen genannt. Im Gegensatz dazu werden wieder aufladbare Akkus auch als SekundÀrzellen bezeichnet.
    In der Umgangssprache werden die Begriffe aber oft auch falsch benutzt. So sprechen selbst Fachleute von einer Autobatterie oder Starterbatterie, obwohl es sich bei diesen Energiespendern um wieder aufladbare Blei-Akkus handelt.

    Vereinfachter Aufbau einer Alkali-Batterie



    Batterie oder Akku, was verwende ich wann?

    Oft stellt sich bei batteriebetriebenen GerÀten die Frage, ob der Einsatz von Akkus nicht sinnvoller wÀre. Die Frage lÀsst sich leider nicht pauschal beantworten.

    Da Akkus einer gewissen Selbstentladung (bis zu 60% im Monat) unterworfen sind, kann man aber sagen, dass fĂŒr Verbraucher mit einer kurzen Einschaltdauer aber mit einer langen Bereitschaftszeit Batterien sinnvoll sind. Klassische Beispiele fĂŒr diese Verbraucher wĂ€ren Notfalltaschenlampen, Uhren, TV-Fernbedienungen oder auch Funksensoren fĂŒr Wetterstationen oder Smart Home-Systeme.

    Wenn die Einschaltzeiten der Verbraucher lĂ€nger sind, sich öfters wiederholen oder auch der Strombedarf nicht unerheblich ist, so sind Akkus die bessere Wahl. FunkgerĂ€te im Baustelleneinsatz, Taschenlampen fĂŒr Sicherheitsdienste oder auch die Funkmaus am tĂ€glich genutzten BĂŒrocomputer sollten demzufolge eher mit Akkus bestĂŒckt werden.

    Aber oftmals muss man fĂŒr sich selbst entscheiden, ob man lieber Batterien oder Akkus verwenden möchte. In einer Modellbaufernsteuerung, die nur hin und wieder benutzt wird machen Batterien duchaus Sinn. Wird das Modell aber regelmĂ€ĂŸig benutzt, ist es wirtschaftlicher und auch nachhaltiger, Akkus in die Fernsteuerung einzusetzen.

    In eine Taschenlampe fĂŒr den Notfall gehören hochwertige Alkali-Mangan-Batterien



    Wie ist eine Batterie aufgebaut?

    Das folgende Bild zeigt den schematischen Aufbau einer Alkali-Mangan-Batterie.

    Schnittzeichnung einer Alkaline-Mangan-Batterie

    1. Metallbecher mit Pluspol an der Oberseite
    2. Außenfolie mit Hersteller-Beschriftung
    3. Mangandioxid (Kathode)
    4. Dichtscheibe aus Kunststoff
    5. Bodenplatte (Minus-Pol)
    6. Separator zur Trennung der Elektroden und als IonenbrĂŒcke
    7. Ableitnagel
    8. Zinkpulver-Gel (Anode)

    Hinweis: 

    Bei einer Zink-Kohle-Batterie bestand der Außenbecher aus Zink. Da sich die Zink-Elektrode beim Entladen zersetzt und löchrig wird, kam es hĂ€ufig zum Auslaufen dieser Batterien, wenn sie aufgebraucht waren.

    Bei einer Alkali-Mangan-Batterie besteht der Außenbecher aus Metall und die Zink-Elektrode ist im Kern der Batterie untergebracht.

    Somit wird ein Auslaufen der Batterie zuverlÀssig verhindert.

    Unterschiedliche Chemie ergibt unterschiedliche Spannungen

    Da die verschiedenen Substanzen, aus denen Batterie-Elektroden gefertigt werden können, unterschiedliche chemische Spannungspotentiale aufweisen, ergeben sich bei den jeweiligen Batterietypen auch unterschiedliche Nennspannungen.

    • 1,35 V fĂŒr die Quecksilberoxid-Zink-Zelle
    • 1,5 V fĂŒr die Alkali-Mangan-Zelle
    • 1,5 V fĂŒr die Zink-Kohle-Zelle
    • 1,4 V fĂŒr die Zink-Luft-Zelle
    • 1,5 V fĂŒr die Lithium-Eisensulfid-Zelle
    • 1,55 V fĂŒr die Silberoxid-Zink-Zelle
    • 2,9 bis 3,7 V fĂŒr Lithium-Zellen, abhĂ€ngig vom Kathodenmaterial

    Im Falle einer 4,5 V Flachbatterie oder 9 V Blockbatterie werden innerhalb der Batterie mehrere Einzelzellen in Serie geschaltet, um so die höhere Spannungslage zu erhalten.

    Bei einer 4,5 V Flachbatterie sind das vier Zellen (3 x 1,5 V = 4,5 V) und bei einer 9 V Blockbatterie sind das sechs Zellen (6 x 1,5 V = 9 V).



    Wie funktioniert eine Batterie?

    Vereinfacht ausgedrĂŒckt, wird bei einer Alkaline-Batterie die elektrische Energie durch die Oxidation des Zinks bzw. durch die Reduktion des Mangandioxids zur VerfĂŒgung gestellt. Da Oxidation und Reduktion gleichzeitig stattfinden, spricht man von einer Redoxreaktion. Die dabei freiwerdenden Elektronen stehen am Minuspol der Batterie zur VerfĂŒgung.

    Wird mit der Batterie ein Verbraucher betrieben, wandern die Elektronen vom Minuspol (Anode) ĂŒber den Verbraucher, z.B. einer Taschenlampen-GlĂŒhbirne, zum Pluspol (Kathode). Zum Ladungsausgleich wandern innerhalb der Batterie Hydroxid-Ionen von der Kathode zur Anode. Die chemischen Prozesse, die dabei in der Batterie ablaufen, erklĂ€rt das unten angefĂŒgte Video recht anschaulich.

    Wie funktioniert eine Batterie?

    Batterietest ohne Hilfsmittel

    Unser Praxistipp: 

    Da beim Entladen einer Alkaline-Batterie Wasser verbraucht wird, „trocknet“ die Batterie innerlich aus. Bei Batterien der GrĂ¶ĂŸe Mignon (AA) lĂ€sst sich somit durch einen einfachen Test prĂŒfen, ob die Batterie voll oder leer ist. Das Video oben zeigt, wie es geht.

    Bei einer vollen Batterie ist das Elektrolyt noch Gel-artig und dĂ€mpft so den Aufprall auf der Tischplatte. Ist die Batterie entladen, ist das Elektrolyt fest und die Batterie federt mehrmals auf der Tischplatte. Leider funktioniert dieser Trick nur mit Batterien der GrĂ¶ĂŸe Mignon (AA).



    Batteriearten im Vergleich

    Wie bereits erwÀhnt, können Batterie-Elektroden aus den unterschiedlichsten chemischen Substanzen gefertigt werden. Neben den daraus resultierenden unterschiedlichen Spannungen ergeben sich zudem noch typenspezifische Vor- und Nachteile, sowie bevorzugte Einsatzgebiete.

    Zink-Kohle-Batterien

    Die Zink-Kohle-Batterien (ZnC) sind vor allem fĂŒr weniger anspruchsvolle Anwendungen wie z.B. in Fernbedienungen oder  Wanduhren geeignet. Diese Batterien werden kaum noch angeboten oder von gĂŒnstigeren Alkalis verdrĂ€ngt.

    Vorteile:

    ✓  Preiswert

    Nachteile:

    ✗  Nicht auslaufsicher

    ✗  Keine hohe Strombelastung


    Lithium-Batterien

    Lithium (LiMnO2) Batterien zeigen eine lange Haltbarkeit und eine sehr konstant bleibende Zellenspannung. Ihr Einsatzgebiet ist ĂŒberall dort, wo man sich auf Batteriestrom verlassen muss.
    Lithium-Batterien sollten vor allem in GerĂ€ten mit erhöhtem Strombedarf verwendet werden, wie z. B. in Fotoapparaten, Digicams, Camcorder, Laptops aber auch in Rauchmeldern und Außensensoren. Lithium-Batterien sollten auch in jeder Notfalltaschenlampe eingesetzt werden.

    Vorteile:

    ✓  Extrem hohe KapazitĂ€t

    ✓  Ideal fĂŒr Hochstromverbraucher

    ✓  Geringe Selbstentladung (lange Lagerzeiten)

    ✓  Breiter Temperaturbereich (-40 bis 60°C)

    Nachteile:

    ✗  Teurer als Alkaline-Batterien


    Alkali-Mangan

    Die Alkali-Mangan (AlMn) oder meist auch nur Alkali-Batterien haben eine hohe Leistung und sind langlebig. Der hÀufigste Einsatzbereich ist in  Radios, Fernbedienungen, Spielzeug und Uhren.

    Vorteile:

    ✓  Höhere KapazitĂ€t als Zink-Kohle

    ✓  Höhere Strombelastbarkeit

    ✓  Auslaufsicher

    Nachteile:

    ✗  Teurer als Zink-Kohle-Batterien

    ✗  Temperaturempfindlich



    BatteriegrĂ¶ĂŸen im Vergleich

    Bei der Auswahl der richtigen Batterie ist neben der Zellenchemie und der Zellenspannung die BatteriegrĂ¶ĂŸe bzw. die Bauform das wohl wichtigste Entscheidungskriterium. Schließlich muss die Ersatzbatterie auch in das Batteriefach des GerĂ€tes passen. Dabei haben sich verschiedene GrĂ¶ĂŸenbezeichnungen bzw. Standards etabliert.

    Standard-Batterien

    Allgemeine Bezeichnung ANSI-Norm Nennspannung Abmessungen in mm Bezeichnugen
    Lady N 1,5 V Ø x H   12 x 30 LR1, R1, A1, UM5
    Micro AAA 1,5 V Ø x H   10,5 x 44,5 LR03, R03. AM4, UM4
    Mignon AA 1,5 V Ø x H   14,5 x 50,5 LR6, R6, AM3, UM3, L91
    Baby C 1,5 V Ø x H   26,2 x 50 LR14, R14, AM2
    Mono D 1,5 V Ø x H   34,2 x 61,5 LR20, R20, AM1
    9 V Block 1604D(PP3) 9 V L x B x H   26,5 x 17,5 x 48,5 6LR61, 6F22, 6AM6
    4,5 V Flachbatterie - 4,5 V L x B x H   67 x 62 x 22 3LR12, 3R12, 1203

    Spezialbatterien

    Allgemeine Bezeichnung ANSI-Norm Nennspannung Abmessungen in mm Bezeichnugen
    Mini AAAA 1,5 V Ø x H   8,3 x 42,5 LR8, LR8D425, LR61, E96
    Stabbatterie - 3 V Ø x H   21,8 x 74,6 2R10, 2R10R, 3010, 2010
    Flat Pack J 6 V L x B x H   47 x 34 x 8
    4LR61, 4018, 7K67, 866, KJ
    Laternenbatterie  908D 6 V L x B x H   115 x 67 x 67
    4R25, 4R25C, 430, GP908X
    A23 Batterie V23GA 12 V Ø x H   10 x 28 E23A, V23A, L1028, MN21, ...

     



    Spezialbatterien-Vergleichstabelle

    Besonders bei Spezialbatterien gibt es die unterschiedlichsten Bezeichnungen, die immer wieder zu Verwirrungen fĂŒhren. Aus diesem Grund haben wir fĂŒr Sie die verschiedenen Batterie-Bezeichnungen in einer Tabelle zusammengefasst.

    Alkaline/Zink Spezialbatterien

    Batterietyp Bezeichnungen
    10A A10, E10A, V10A, V10PX, V10GA, L1021, L1022, MN10, G10A, GP10A, WE10A, UM10A, LR10A, K10A, 10AE, P10GA, PX10, EPX10, KX10, RPX10, R10A
    11A A11, E11A, V11A, V11PX, V11GA, L1016, MN11, G11A, GP11A, WE11A, CA21, CX21A, UM11A, LR11A, K11A, 11AE, P11GA, PX11, EPX11, KX11, RPX11, R11A
    23A A23, E23A, V23A, V23PX, V23GA, L1028, MN21, G23A, GP23A, WE23A, CA20, UM23A, LR23A, LRV08, RVO8, MS21, K23A, 8LR932, 8LR23, 3LR50, 23AE, A23S, P23GA, VR22, 8F10R, MN23, PX23, EPX23, KX23, RPX23, 4NR23, R23A
    27A A27, E27A, V27A, V27PX, V27GA, L728, L828, MN27, G27A, GP27A, WE27A, CA22, UM27A, LR27A, K27A, 27AE, A27S,P27GA, EPX27, KX27, RPX27, HS3, NR43, EL812, EL8212, R27A
    476A A476, E476A, V4034PX, V476A, V476GA, L1325, V34PX, GP476A, WE476A, UM476A, LR476A, K476A, 476AE,A476S, P476GA, EPX476, KX476, RPX476, 4LR44, 7H34, 537, 4LR44P, 1414A, K28A, 4L1325, 4G13, R476A
    544A A544, E544A, V28PX, V28PXL, V28GA, V544A, L544, KS28, PX28A, WE544A, PX544A, GP544A, LR544A, K544A,544AE, A544S, P544GA, KX544, RPX544, 4SR44, 4NZ13, G13, 4028, K544A, R544A, 28L
    Mini AAAA, LR8, LR8D425, R8D425, LR61, E96, MX2500, V4004, V4761, MN2500, 25A
    V74PX MN154, 504, KA74, 220, 220A, 4074, 10LR54
    6V Flat Pack 4LR61, Flat Pack, 4018, 7K67, 866, 539, 1412AP, KJ, J
    4R25 4R25C, 430, GP908X
    4R25-2 4R25C, 430, GP908X
    4LR25 MN908, PC915, 4R25-2P, 529, 908A, DC908, 4LR25Y
    4LR25-2 MN918, PC918, 4LR25-24, 4R25-2C, EV31, R25-2, 731, 991, 1231, LR825
    2R10 2R10R, 3010, 2010
    6F100 V439, 439, PP9
    U23PX V23PX, EPX23, PX23, 4SR42, PX23S, RPX23A, 4NR42, 4LR42, RPX23S, PX23A, KX23, RPX23, RX23
    U21PX V21PX, EPX21, PX21, 3LR50, PX21S, RPX21A, RPX21S, PX21A, KX21, RPX21, UG-523, 3MR50, RX21, E523, BK-1, PC133A, 523
    TR164 PX164A, S4164, EPX164A, E164, V164P, PX164, A32PX, HM-4N
    U72PX UG015, S4072, MN122, 15LR43, NM412, UG 015, 15F20, PX72, 412, 215, V72, V72PX, A72PX
    PX27A PX27, 4AG12, EPX27, 4AG13, S27PX, 4LR43, PX27S, 4SR43, 4NR43. U27PX, HS3C, RPX27S, RPX27A, RPX27, V27PX, KX27, HS-3
    LL4 PS-LL4
    CR435 BR435, 435 Pin-Type, 435PT

    Lithium Spezialbatterien

    Batterietyp Bezeichnungen
    2CR5 EL2CR5, KL2CR5, EL2CR5BP, RL2CR5, DL245, DL345, 2CR5M, 5032LC, 245
    CR2 EL1CR2, KCR2, RLCR2, DLCR2, DLCR2B, DR2R, RLCR2-L, 5046LC, CR17355
    CRV3 LB01, CRV3P, RB104358
    CR-123A EL123AP, K123LA, RL123A, EL123A, DL123A, 5018LC, LR123, VL123, CR17345
    CR-P2 EL223AP, K223LA, RLP2, EL223APBP, DL223A, 5024LC, VL223, CR223A , CRP2, CRP2P, CR17-33, CRP2S, PC223A, DL223, K223, PC223, 223 
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