Batterijen en accu's - Werking
Een batterij is een cel die door middel van interne chemische reacties elektrische energie kan afstaan. De cel bestaat uit een plus- en een minpool die gescheiden zijn door een laag van elektrolyt. De negatieve pool wordt via het apparaat waarin de batterij wordt gelegd in contact gebracht met de positieve pool en geeft op deze wijze elektriciteit af.
Wat is het verschil tussen eenmalige (primaire) en oplaadbare (secundaire) batterijen?
Bij zowel een eenmalige als een oplaadbare batterij ontstaat een chemische reactie die kan resulteren in een elektrische stroom. Het voornaamste verschil is dat een oplaadbare batterij (accu) bij opladen de elektrische energie uit het stopcontact weer terug kan omzetten in chemische energie; dit kan circa duizend keer. De oplaadbare batterij wordt daarom ook wel secundaire batterij genoemd (twee energierichtingen) terwijl de eenmalige batterij in vaktermen primaire batterij heet.
Wat is het verschil tussen droge en natte batterijen?
Een droge batterij (of accu) is volledig gesloten en onderhoudsvrij. Of je de batterij nu recht of ondersteboven houdt, zij levert altijd energie. Een natte batterij (of accu) daarentegen bevat een vloeistof (elektrolyt) die uitloopt als je de batterij niet in een kaarsrechte positie houdt. Vaak zijn deze batterijen niet volledig gesloten en niet geheel onderhoudsvrij. Tegenwoordig worden alleen nog maar niet mobiele accu's voor industriële toepassingen in natte vorm gemaakt. De consumentenbatterijen zijn allemaal droog.
Is de hoogte van de capaciteit bepalend voor de gebruiksduur?
Ja. Hoe hoger de capaciteit, hoe langer de batterij mee gaat. De capaciteit wordt uitgedrukt in Ampère uur (Ah) of milli-Ampère uur. (mAh). Je kunt meestal op de batterij zelf en op de verpakking lezen hoe hoog de capaciteit van de batterij is.
Wat betekent interne weerstand voor een batterij?
Bepaalde (chemische) systemen kunnen gemakkelijker energiestromen aan dan andere systemen. Naast de spanning (Volt) is ook de interne weerstand (Ohm) van de batterij belangrijk. Je kunt de interne weerstand van de batterij vergelijken met een kraan waar water door stroomt: is de interne weerstand laag, dan kan er veel water (stroom) door; is hij hoog, dan kan er weinig water (stroom) door. Dit is te vergelijken met het verschil tussen een grote en een kleine kraan. Batterijsoorten met een lage interne weerstand zijn respectievelijk nikkel-cadmium, nikkel-hydride, alkaline, foto-litium en kwikoxide. Een hogere interne weerstand hebben lithium, zinklucht, zilveroxide en zinkkool.
De capaciteit en dus de gebruiksduur van een batterij hangt af van de stroomsterkte, uitgedrukt in duizendsten van Ampère, oftewel milli-Ampère (mA), vermenigvuldigd met het aantal uren (de h van 'hours', uren) dat de batterij stroom kan geven. Je kunt de werking vergelijken met een vat water waar een kraan aanzit. Hoe verder je de kraan opendraait, hoe hoger de stroomsterkte. Het aantal uren geeft aan hoe lang het duurt voor het vat (de batterij) leeg is.
Waarom hebben batterijen verschillende voltages?
Tussen de plus- en minpool van een batterij bestaat spanning. Aangezien de stroom tussen deze polen via het apparaat loopt, moet dit apparaat afgestemd zijn op een bepaalde spanning, anders werkt het apparaat niet. De bekendste staafbatterijen zijn 1,5 Volt. Sommige batterijsoorten wijken daarvan iets af. Vooral bij knoopbatterijen (bijvoorbeeld lithium 3 Volt) is het verschil in spanning van invloed op het niet of niet goed functioneren van het apparaat. Bij oplaadbare batterijen, die een lagere spanning hebben, is die lagere spanning in principe geen probleem. Een vergelijkbare alkaline batterij (niet oplaadbaar dus) begint weliswaar met 1,5 Volt, maar de spanning zakt na enige gebruikstijd zelfs onder de 1,2 Volt.
Welke spanning heeft welke batterij?
| Lithium (blok)batterij | 6V | (Digitale) camera's |
| Lithium knoopbatterij | 3V | Rekenmachines |
| Zilveroxide knoopbatterij | 1,55V | Horloges |
| Alkaline staafbatterij | 1,5V | Audio, camera's, speelgoed |
| Alkaline knoopbatterij | 1,5V | Elektronische spellen |
| Zinkkool staafbatterij | 1,5V | Klokken, wekkers, zaklampen |
| Zinklucht knoopbatterij | 1,4V | Gehoorapparaten |
| Kwikoxide knoopbatterij | 1,35V | Fotocamera's, gehoorapparaten |
| Nikkel-cadmium oplaadbaar | 1,2V | Audioapparatuur, speelgoed |
| Nikkel-hydride oplaadbaar | 1,2V | Audioapparatuur, speelgoed, (digitale) cameras |
Hoe lang geeft een batterij stroom af?
Dat is sterk afhankelijk van het type apparaat dat gebruikt wordt Bijvoorbeeld: We hebben een blister van 4 alkaline penlite batterijen van 1,5 Volt - 2500 mAh. De eerste batterij doen we in een wandklokje dat vermoedelijk 2 jaar lang zal werken. Die twee jaren hebben totaal 17.520 uren, terugrekenend verbruikt het klokje dus minder als 0,15 mA per uur. Dat klopt niet, want volgens de fabrieksspecificatie verbruikt het uurwerk 1 mA. Omdat hier de stroomafname echter zeer stabiel is, en ook de omgevingstemperatuur meewerkt, zal de batterij meer leveren dan oorspronkelijk berekend werd.
Twee andere batterijen doen we in een kleine radio die 300 mAh verbruikt. Zou je deze radio onafgebroken aan laten staan dan zal er ongeveer 8 uur muziek uit komen. Zet je hem zachter, dan wordt die tijd wat langer; zet je hem op de luidste stand, dan wordt de tijd minder. De laatste batterij gaat in een zaklampje met een 1,5 Volt, 1 Watt lampje. Als je de lamp laat branden tot de batterij leeg is zal dat ongeveer 3,5 uur duren.
Energie is spanning (Volt) x capaciteit (mAh). De hoeveelheid energie die een batterij geeft is dus niet gelijk aan de gebruiksduur (capaciteit), want ook de spanning bepaalt mede hoeveel energie een batterij kan afgeven.
Wat is het vermogen van een batterij?
De hoeveelheid power in een batterij is afhankelijk van twee factoren: de spanning (Volt) en de interne weerstand (Ohm). De kracht van een batterij wordt dus bepaald door enerzijds de mogelijkheid om een bepaalde energiestroom te kunnen leveren, en anderzijds de mogelijkheid om bepaalde stroomsterktes aan te kunnen. Power of vermogen is dus in feite de mogelijkheid om in korte tijd hoge stromen te kunnen leveren zonder dat de batterij daardoor te heet wordt.
Als de plus- en minpool direct met elkaar in contact komen, ontstaat kortsluiting. De batterij werkt daarna niet meer. Kortsluiten moet worden vermeden, omdat door de hoge inwendige druk (hitte) gassen vrij kunnen komen. Dan bestaat de kans dat de batterij explodeert.
Komen de namen van de gebruikte metalen voor in de naam?
Meestal niet. Vanaf het begin van de batterijproductie is er nooit van een echte standaardisering sprake geweest. Bovendien is het vaak zo dat de beide polen uit meerdere materialen bestaan. Bij oplaadbare nikkel-cadmium batterijen is het toevallig wel duidelijk: nikkel is de pluspool en cadmium de minpool. Maar bij de meeste soorten wordt alleen het meest kenmerkende chemisch element genoemd (alkaline, lithium enz.)
Kunnen batterijen in de koelkast worden bewaard?
Ja, in principe is dit zelfs een zeer goede methode om zelfontlading tegen te gaan. Echter, de batterijen moeten ten allen tijde droog blijven. Om te voorkomen dat er vocht (condens) bij komt moeten ze dus in een absoluut luchtdichte verpakking in de koelkast worden bewaard. Als ze vervolgens weer uit de koelkast gehaald worden, moeten ze eerst acclimatiseren voordat ze weer uit de luchtdichte verpakking gehaald kunnen worden.
Kunnen moderne batterijen nog lekken?
Lekken was vroeger een vervelend bijkomend effect van de goedkopere zinkkool batterijen die tot het eind van de jaren zeventig de belangrijkste en meest verkochte batterijen waren. Bij gebruik werd de zinkmantel van de batterij door de chemische reacties als het ware opgevreten. In de jaren tachtig brachten de fabrikanten een verbeterde zinkkoolversie op de markt (dubbele zinkbeker tegen lekken) en een ander elektrolyt die ervoor zorgt dat de vloeistoffen in een batterij kristalliseren in plaats van uitlopen. Ook kwam de alkaline batterij op de markt (andere constructie en chemische samenstelling). De meeste producenten brengen sinds enkele jaren alleen de alkaline-, en een verbeterde zinkkool batterij op de markt. Oplaadbare batterijen hebben van nature geen last van lekken. Bij knoopbatterijen zit de deksel tegenwoordig zo goed dicht dat ook hier geen sprake van lekken meer kan zijn. Het blijft echter raadzaam ervoor te waken dat batterijen niet aan extreem hoge temperaturen worden blootgesteld.
Hoe lang zijn batterijen houdbaar?
Batterijen kennen een zogenaamde zelfontlading. Ook als de batterij niet wordt gebruikt, gaat op den duur de energie verloren. De mate van zelfontlading hangt af van allerlei in- en externe factoren, zoals de soort batterij en vooral de weers- en/of bewaaromstandigheden. Alkaline batterijen zijn zo'n 5 jaar houdbaar (zelfontlading circa 2-4% per jaar) en zinkkool batterijen zo'n 2 jaar (zelfontlading crica 4-6% per jaar). Lithium heeft een zeer lage zelfontlading en kan dan ook langer bewaard worden. Oplaadbare batterijen hebben met 1% per dag een zeer hoge zelfontlading, maar die kunnen weer bijgevuld worden. Oplaadbare knoopcellen tenslotte hebben een zelfontlading van ca 0,1% per dag.
Kunnen batterijen bij elke temperatuur worden gebruikt?
Als ze extreem koud worden, werken ze minder goed in het algemeen. In batterijen zitten zogenaamde elektronen die naarmate het kouder wordt steeds langzamer gaan bewegen en zo traag kunnen worden dat er helemaal geen stroom meer kan vloeien. Bij extreme hitte wordt de zelfontlading groter. De ene batterijsoort is overigens beter bestand tegen extreme weersomstandigheden dan de andere.
Met welke veiligheidsaspekten moet je rekening houden?