Verschillende soorten batterijen:een uitgebreide handleiding

Alle elektronische apparaten hebben een stroombron nodig om te kunnen functioneren. Overigens zijn batterijen de meest voorkomende stroombron in de moderne wereld. Dit komt omdat ze de elektronicaproductie van draagbare apparaten mogelijk maken.

Je zou kunnen zeggen dat de hele elektronica-industrie afhankelijk is van batterijen. Desalniettemin, als u een beginnende elektronica-ingenieur bent, probeert u hoogstwaarschijnlijk het beste type batterijen te beoordelen voor uw volgende elektronicaproject. De volgende gids behandelt alle verschillende soorten batterijen, wat ze uniek maakt en hun gebruik.

Wat is een batterij?

Een stapel batterijen

Batterijen zijn apparaten voor het opslaan van energie. Traditioneel gebruiken we batterijen om kleine elektronische apparaten zoals zaklampen van stroom te voorzien. Je kunt tegenwoordig echter batterijen vinden in elk apparaat dat een draagbare stroombron nodig heeft om te functioneren.

Omdat hun gebruikssituaties en doeleinden kunnen variëren, zijn batterijen er in alle soorten en maten. We kunnen bijvoorbeeld niet hopen dat we AAA-batterijen kunnen gebruiken om een ​​auto optimaal van stroom te voorzien. Auto's hebben dus een oplaadbare batterij van een speciaal formaat nodig om correct te kunnen functioneren.

Hoe werken batterijen?

Batterijen slaan elektrische energie op als chemische energie. Wanneer we een (oplaadbare) batterij opladen, zet deze de elektrische stroom om en houdt deze vast als chemische energie. Wanneer we de storm gebruiken, vindt er een chemische reactie plaats en geeft de batterij zijn lading af als elektriciteit.

batterij- en lampcircuit

De lamp in het bovenstaande eenvoudige circuit heeft bijvoorbeeld een zee van elektronen nodig om er doorheen te stromen om te kunnen functioneren. Dienovereenkomstig zal de batterij de duwkracht leveren die nodig is om de elektronen door de lamp te stuwen. We moeten het licht aansluiten op de positieve en negatieve polen van de batterij om het circuit te voltooien. Als er voldoende lading is in de storm, gaat de lamp branden.

Het is echter belangrijk om te onthouden dat de batterij de elektronen slechts een beperkte tijd door het circuit kan duwen. In wezen is deze tijdslimiet afhankelijk van de hoeveelheid opgeslagen energie (lading) en de vraag van de belasting. In ons voorbeeld is de lamp onze belasting en verwijst de markt naar de energie die nodig is om te functioneren. De tas is dus elk onderdeel dat elektriciteit nodig heeft om te werken. Wat PCB's betreft, kunnen deze componenten diodes, microchips (geïntegreerde schakelingen), enz. zijn.

Verschil tussen een cel en batterij

Een close-up van verschillende soorten batterijen

Een elektrische cel is een enkelvoudig onderdeel dat in wezen op dezelfde manier werkt als een batterij:chemische energie omzetten in elektriciteit. Een storm is een groep of verzameling cellen. Toch is de meest populaire vorm van een elektrische cel de knoopcel. Mensen noemen het ook wel een knoopbatterij. Deze actie is niet per se onjuist. Een enkele cel kan zich in een groep bevinden die een batterij vormt.

Soorten batterijen

Vector afbeeldingen van batterijen

Batterijen vallen in twee hoofdcategorieën:

• Primaire batterijen: Wegwerpbatterijen die we niet kunnen opladen. Als zodanig noemen mensen ze soms batterijen voor eenmalig gebruik of wegwerpbatterijen. Het grootste voordeel van deze batterijen is dat ze bij montage direct stroom kunnen leveren. We gebruiken ze vaak in draagbare apparaten met een laag stroomverbruik of intermitterend gebruik.
• Secundaire batterijen: We noemen deze batterijen vaak oplaadbare batterijen. Fabrikanten assembleren ze meestal met de actieve materialen in de ontladen toestand. Gebruikers kunnen ze vervolgens opladen door een elektrische stroom aan te leggen. Overigens keert het opladen de chemische reacties die optreden tijdens het gebruik ervan om. We laden op met apparaten die we opladers en/of opladers noemen. Opladen en ontladen kan meerdere keren plaatsvinden, afhankelijk van het type batterij (materiaal).

Soorten primaire batterijen:

• Zink-koolstofbatterij

Zink-koolstofbatterij
Bron:Wikimedia Commons

Zink-koolstofbatterijen zijn de goedkoopste huishoudelijke primaire batterij. Ze verspreiden stroom door een chemische reactie tussen zink-zuur mangaandioxide te gebruiken. Het belangrijkste nadeel van zink-koolstofbatterijen is echter hun lage uitgangsvermogen. Dit resulteert echter ook in een lage zelfontlading waardoor ze een uitzonderlijke houdbaarheid hebben. Zink-koolstofbatterijen zijn het meest geschikt voor klokken en afstandsbedieningen.

• Alkaline batterij

Afbeelding van alkalinebatterij

Pixabay

Niet-oplaadbare alkalinebatterijen zijn de meest gebruikte typen primaire huishoudelijke batterijen. Ze gebruiken een elektrochemische reactie tussen zinkmetaal en mangaandioxide om ladingen vast te houden en te verspreiden. Overigens is hun huidige populariteit afgeleid van hun hoge power-per-use. In ieder geval vergeleken met koolstof-zinkbatterijen (en de meeste secundaire batterijen). Bovendien hebben ze meestal een superieure houdbaarheid.

Lithium-batterij (of lithium-metaalbatterijen)

Lithium knoopcelbatterij
Bron:Wikimedia Commons

Primaire lithiumbatterijen gebruiken een metallisch lithiummateriaal als anode. Overigens presteren ze beter dan zink-koolstof- en alkalinebatterijen in power-per-use vanwege hun hoge laaddichtheid. Bovendien hebben lithium-metaalbatterijen en -cellen een ongelooflijke houdbaarheid.

Ze kunnen meer dan een decennium meegaan en werken bij lage temperaturen. Lithiumbatterijen zijn echter niet zo populair of gemakkelijk verkrijgbaar als zink-koolstof- en alkalinebatterijen vanwege hun hoge productiekosten.

Niettemin kunnen lithium-metaalbatterijen en -cellen spanningen produceren tussen 1,5 V en 3,7 V. Als zodanig verpakken fabrikanten ze meestal in kleinere vormfactoren.

Grotere lithiumbatterijen hebben een hoger risico op instabiliteit, maar we kunnen ze nog steeds gebruiken in militaire toepassingen.

Zilver-oxide-batterij

Een verzameling zilveroxidebatterijen van Maxell
Bron:Zilveroxide batterijen

Zilveroxidebatterijen komen veel voor in Japan, maar niet zozeer in de rest van de wereld. Ze gebruiken zilveroxide voor hun kathoden en zink voor hun anodes. Hoewel ze een hoge energiedichtheid hebben, zijn ze behoorlijk duur. Dit kunnen we toeschrijven aan het kathodemateriaal (zilver) dat nodig is om ze te vervaardigen. Zilver is een edelmetaal. Daarom gebruiken we ze voornamelijk in ontwerpen voor knoopbatterijen waar de benodigde hoeveelheid zilver klein is.

Zink-lucht batterij

Zink-lucht muntbatterijen
Bron:Wikimedia Commons

Veel mensen beschouwen zink-luchtbatterijen als acceptabele alternatieven voor zilveroxidebatterijen. Ze gebruiken de zuurstof uit de omringende lucht als kathode terwijl ze de anode in de elektrische cel huisvesten. Vanwege hun hoge energiedichtheid zijn ze het meest geschikt voor medische apparaten zoals hoortoestellen en pacemakers. Overigens kunnen we hun lange levensduur toeschrijven aan hun samenstelling en structuur.

Kwikbatterij

Kwikbatterij
Bron:Wikimedia Commons

Kwikbatterij (ook wel kwikoxidebatterij/-cel of Ruben-Mallory genoemd) is een niet-oplaadbare batterij die een elektrochemische reactie gebruikt tussen kwikoxide- en zinkelektroden in een alkalische elektrolyt. Ze hebben een hogere capaciteit dan zink-koolstofbatterijen en bieden een stabiele en betrouwbare output.

Gewoonlijk komen kwikbatterijen meestal in de vorm van knoopbatterijen. Ze waren trendy tijdens de Tweede Wereldoorlog. Het is echter bijna onmogelijk om ze tegenwoordig te vinden. Vanwege de toxiciteit van kwik voor het milieu en de menselijke gezondheid hebben veel landen de verkoop ervan echter verboden.

Soorten secundaire batterijen:

• Oplaadbare alkalinebatterij

Oplaadbare alkalinebatterij
Bron:Wikimedia commons

De oplaadbare versie van alkalinebatterijen is de meest betaalbare oplaadbare batterij. Bovendien hebben ze een lange houdbaarheid. Ze zijn handig voor toepassingen met gemiddeld vermogen. Ondanks hun korte levensduur (in vergelijking met andere secundaire batterijen), zijn ze nog steeds trendy. Omdat ze geen giftige materialen gebruiken, kunnen gebruikers ze veilig weggooien op reguliere stortplaatsen - zolang de lokale regelgeving dit toestaat.

Nikkel-cadmium

Nikkel-Cadmium batterij
Bron:Wikimedia Commons

Oplaadbare nikkel-cadmium (Ni-Cd) batterijen zijn populair vanwege hun robuustheid en betrouwbaarheid. Ze hebben een gevarieerd bedrijfstemperatuurbereik en een lange levensduur. Bovendien, en het belangrijkste, hebben ze een hoog vermogen. Ze hebben echter meestal een lage looptijd per lading. Een ander nadeel is hun over het algemeen hoge zelfontlading (30% per maand). Maar dit is geen groot probleem, aangezien ze oplaadbaar zijn.

Desalniettemin zit een ander ongewenst kenmerk van nikkel-cadmium in zijn samenstelling. Ongeveer 15% van de meeste Ni-Cd-batterijen bestaat uit giftig, kankerverwekkend cadmium. Consumenten en fabrikanten mogen ze dus niet op stortplaatsen werpen. We moeten ze zorgvuldig recyclen.

Nikkel-metaalhydride

Nikkel-metaalhydride-accupack
Bron:Wikimedia Commons

Oplaadbare nikkel-metaalhydride (NiMH)-batterijen zijn een verbeterde versie van oude nikkel-cadmium-batterijen. Ze leveren dezelfde spanning maar bieden tot 30% meer capaciteit. Bovendien hebben ze uitstekende hoge stroomcapaciteiten en een lange levensduur.

Nikkel-metaalhydridebatterijen kunnen elke maand tot 40% van hun lading ontladen. De zelfontlading van nikkel-metaalhydridebatterijen is echter teleurstellend hoger dan die van nikkel-cadmiumbatterijen. Nikkel-metaalhydridebatterijen zijn echter nog steeds superieur aan nikkel-cadmiumbatterijen omdat ze geen giftig cadmium bevatten.

Desondanks bevatten ze nog steeds grote hoeveelheden nikkeloxiden en sporen van kobalt. Deze kunnen kankerverwekkend zijn voor zoogdierorganismen. Daarom moet u nikkel-metaalhydridebatterijen zorgvuldig recyclen.

Lithium-ion-batterij

lithium-ionbatterijen voor mobiele telefoons

Oplaadbare lithium-ion (Li-ion) batterijen zijn het nieuwste type secundaire batterij. Over het algemeen zijn ze 30% lichter dan nikkelmetaalhydride. Bovendien bieden ze nikkel-cadmium-batterijen met minstens een derde van meer vermogen.

Lithium-ionbatterijen hebben uitstekende hoge stroomcapaciteiten. Bovendien hebben ze een lange levenscyclus. Bovendien hebben ze een zelfontlading van 20% per maand. We kunnen dus veronderstellen dat lithium-ionbatterijen in bijna alle opzichten superieur zijn aan op cadmium gebaseerde batterijen. Ze zijn echter niet zo robuust. Lithium-ionbatterijen zijn bijvoorbeeld gevoelig voor oververhitting, wat brand kan veroorzaken.

Bovendien bevatten de meeste lithium-ionbatterijen, hoewel ze vrij zijn van giftig cadmium, nog steeds sporen van kobaltoxiden en nikkeloxiden. Nogmaals, deze chemicaliën zijn kankerverwekkend en destructief voor de menselijke gezondheid. Daarom moet u lithium-ionbatterijen zorgvuldig weggooien en recyclen.

Loodzuurbatterij

De Loodzuuraccu's die gewoonlijk deel uitmaken van het elektrische systeem van een motorvoertuig

Loodzuurbatterijen zijn de meest gewilde oplaadbare batterijtypes ter wereld. Dit komt vooral door hun betrouwbaarheid en de financiële haalbaarheid van hun productie. Desalniettemin zijn ze niet erg draagbaar omdat ze vaak omvangrijk, zwaar en te groot zijn. Bovendien is lood een zeer giftige kankerverwekkende chemische verbinding.

Daarom mogen we loodzuuraccu's niet weggooien op reguliere stortplaatsen en afvallocaties. Fabrikanten recyclen en hergebruiken oude dode en beschadigde loodzuuraccu's om nieuwe loodzuuraccu's te produceren.

Waarom zijn niet alle soorten batterijen oplaadbaar?

Batterij opladen vectorafbeelding

Wanneer we een secundaire batterij opladen, dwingen we niet alleen elektronen terug in de storm, maar brengen we de chemische materialen in de batterij terug naar hun oorspronkelijke oplaadstatus. Wanneer fabrikanten primaire batterijen maken, assembleren ze de materialen in een opgeladen toestand. Door de lading in een primaire batterij te gebruiken, worden de materialen erin permanent opnieuw geconfigureerd. Na het herconfiguratieproces kan het geen andere bestelling vasthouden.

Aan de andere kant activeren secundaire batterijen een chemische reactie om lading af te geven en terug te keren naar hun oorspronkelijke status door opnieuw op te laden. Natuurlijk moeten ze bepaalde materialen en chemicaliën gebruiken die compatibel zijn met deze veranderingen.

Batterijtoepassingen

Man die de accu van een auto controleert

Enkele van de meest voorkomende toepassingen voor batterijen zijn:

• Alarmen
• Communicatiecircuits
• Klokken
• Afstandsbedieningen
• Pacemakers
• Hoortoestellen
• Draadloze headsets
• Motorvoertuigen
• Draadloze computerrandapparatuur (toetsenborden en muizen)
• Handheld gaming-apparaten (Gameboys)
• Smartwatches

Hoe kies ik een batterij?

Vrouw met een stapel verschillende soorten batterijen

Nu u bekend bent met alle beschikbare batterijtypen, moet u beslissen welke het beste is voor uw project. Wanneer mensen batterijen kiezen, hebben ze de neiging om kosten en prestaties in evenwicht te brengen. Er zijn echter nog andere specificaties waar u rekening mee moet houden. Deze omvatten:

• Batterijtype: Primair (niet-oplaadbaar) of secundair (oplaadbaar)
• Capaciteit: De hoeveelheid energie/elektriciteit die een belasting van een batterij kan ontladen. Meestal duiden we dit aan met amp-hr. Een batterij van 500 mAh kan bijvoorbeeld één milliampère per uur ontlasten.
• Houdbaarheid: De hoeveelheid tijd dat een batterij zijn lading kan behouden als hij niet wordt gebruikt.
• Bedrijfstemperatuur batterij: Toont hoe heet een batterij wordt terwijl u deze gebruikt of oplaadt. Daarom helpt deze specificatie u te bepalen of u een koellichaam of koeler voor uw batterij nodig heeft.
• Oplaadsnelheid: Beschrijft hoe snel een batterij een oplaadbare batterij kan opladen
• Levensduur batterij: Beschrijft het aantal keren dat we een secundaire batterij kunnen opladen en ontladen. Als alternatief kunnen we het gebruiken om aan te geven hoe lang we een primaire batterij kunnen gebruiken.

Conclusie

Er zijn geen enkele batterijoplossingen op de markt voor alle draagbare batterijgevoede apparaten. Omdat elektronische apparaten in alle soorten, maten en robuustheid verkrijgbaar zijn, hebben ze een stroombron nodig die het meest geschikt is voor hun ruimte- en belastingsvereisten. Er bestaat dus een verscheidenheid aan batterijen met hun voor- en nadelen. De bovenstaande gids benadrukte dit door alle momenteel beschikbare soorten batterijen te tonen. Denk eraan om gebruikte batterijen met zorg weg te gooien en te recyclen. Toch hopen we dat u deze gids nuttig vond. Zoals altijd, bedankt voor het lezen.