Batterien: Gleiche Spannung, unterschiedliche Größe?

[samblude]

Hallo!

Ich frage mich schon seit langem, wieso sich Batterien mit gleicher Spannung so erhelbich in ihrer Größe unterscheiden. Wie kann es sein, dass ein 9-Volt-Block so extrem klein ist verglichen mit einer 12-Volt-Autobatterie, die ja nicht wesentlich mehr Spannung hat? Oder noch extremer: Wieso haben AAAA-, AAA-, AA-, C- und D-Batterien allesamt 1,5 Volt, obwohl sie so extrem in ihrer Größe varieren?

Die Größe scheint damit ja überhaupt nichts über die Spannung auszusagen?! Wie kommt dieser krasse Unterschied also zustande?

Danke für eure Hilfe!

 

[vaneesh]

Weil die Spannung von den chemischen Abläufen abhängig ist und die sind bei Batterien von identischem Prinzip (Zink/Kohle, Alkali-Mangan, Bleiakku ...) halt innerhalb des Typus immer gleich.
Selbst die winzigen 9 V Akkus haben pro Zelle nicht 9 V, sondern (z.b. Zink-Kohle Modelle) bestehen intern aus 6 Stück 1,5V-Zellen, die erst in Serie die 9V ergeben.

Die Baugröße bestimmt neben der möglichen Energiedichte des verwendeten Materials hauptsächlich die darin mögliche zu Speichernde Energie. Diese wird (wenn überhaupt) indirekt durch die Kapazität (Ah) angegeben. Die Energie ist das aber auch noch nicht, denn die abgegebene Energie ergibt sich Strom x Spannung x Zeit.
Und da wird die Sache noch komplizierter, denn jeder Hersteller will sein Produkt möglichst gut aussehen lassen und gibt die Ah halt bei dem Strom (der aber nirgends steht) an, der die Batterie am besten aussehen lässt.

Es gibt durchaus Batterien/Akkus, die bei möglichst kleinen Entladeströmen gut dastehen. Ander hingegen sind echte Zugpferde und fühlen sich erst bei hohen Lasten richtig gut.
An einem kommt man aber nicht vorbei. Man kann nicht mehr Energie raus holen als drin steckt. Und wie viel drin ist, hängt auch ganz wesentlich vom Volumen ab.

Ein erster Versuch:

Deine 1,5er AAA wird bei geicher Belastung weit schneller (ruck zuck) schlapp machen, als das z.B. eine Mono-Zelle täte.

Anderer Versuch, versuch mal mit ner 12V Blockbaterie ein Auto anzulassen. Der Versuch ist ungefährlich, nur tun wird sich rein gar nichts

 

[T.Paul]

Es liegt an der Kapazität (und verwendeten Chemie) ...

So ein 9V Block mit Alkali-Mangan kommt auf ~550mAh, das sind potentielle 4,95Wh elektrische Arbeit.

So eine typische Starterbatterie in einem Kompaktwagen hat bei 12V eine Kapazität von ~45Ah aus Bleiakkumulator-Zellen - das sind potentielle 540Wh elektrische Arbeit - also mehr als das 100fache.

 

[samblude]

Danke für eure Antworten! Das hat mir schon mal ein wenig weitergeholfen.

Anderer Versuch, versuch mal mit ner 12V Blockbaterie ein Auto anzulassen. Der Versuch ist ungefährlich, nur tun wird sich rein gar nichts

Einen Anlasser hatte ich gerade nicht zur Hand, deswegen habe ich es einfach mal mit einer Scheinwerferglühbirne aus dem Auto probiert. Es handelt sich um eine 12 Volt Glühbirne mit 60/55 Watt. Um diese mal mit ganz normalen Batterien zu betreiben - also ohne Autobatterie - habe ich einfach 8-AA-Batterien in Reihe geschaltet und das Ganze ausprobiert. Sie leuchtet zwar, ist aber mit der Leistung im Auto nicht ansatzweise zu vergleichen. Es ist eher ein relativ schwaches Glimmen.

Wieso genau ist das so? Da es sich ja um eine 12 Volt Glühbirne mit etwa 60 Watt handelt, brauche ich doch eigentlich einen Strom von 5 Ampere, oder? Können das acht kleine Batterien nicht leisten, eine große Autobatterie aber schon? Ich dachte eigentlich, dass sich die beiden Typen einfach nur durch ihre Leuchtdauer unterscheiden - sprich bei der Autobatterie leuchtet die Glühbirne wesentlich länger als bei den acht einzelnen Batterien.

 

[T.Paul]

Bei in Reihe geschalteten Spannungsquellen addieren sich die Innenwiderstände. Eine Alkali-Mangan-Mignonbatterie müsste bei 0,15 Ohm liegen - das sind bei 8 Batterien also rund 8*0,15 Ohm = 1,2 Ohm - der maximale Strom liegt demnach bei I = 12V / 1,2 Ohm = 10A - Theoretisch müsste es damit also gehen ... Eine Zink-Kohle-Batterie hat aber um 0,5 Ohm - da wären es nur 3A Kurzschlussstrom. Bedenke bei solchen Fragen immer: Es kommt auf die verwendete Spannungsquelle an - im Falle von Batterien auf die verwendete chemische Konstruktion!

Aber selbst wenn es vom max. Strom und der Spannung an den Alkali-Mangan gehen würde, zieht der Widerstand die Spannung bei so hoher Last wohl enorm runter - ich rechne das vielleicht später nochmal durch, aber ich denke je nach Aufbau (Kontakte, Leiter, ... jede Form Übergangswiderstand) wäre es nicht ungewöhnlich, wenn da nur 6V anliegen - Kannst du ja gerne mal nachmessen.

 

[samblude]

Theoretisch müsste es damit also gehen ...

Das ist ja komisch...

Liegt es dann vielleicht an den Batterien oder an den anderen Bauteilen? Ich benutze folgende Teile:

- 12er-Packung Batterien: http://www.conrad.de/ce/de/product/6506 ... 6N-15A-KAA
- Batteriehalter für 8 Batterien: http://www.conrad.de/ce/de/product/6156 ... 29-x-59-mm
- Batterieclip: http://www.conrad.de/ce/de/product/6246 ... -13-x-8-mm

Wenn ich acht Batterien in den Batteriehalter stecke und direkt an den Polen des Halters mit einem Multimeter messe, wird mir genau 12,19 Volt angezeigt.

Auf dem Weg zwischen Glühlampe und Minuspol des Batteriehalters komme ich auf 11,46 Volt.

Ist das eventuell ein Indiz?

Also um das noch mal ein bisschen zu spezifizieren: Glimmen ist vielleicht nicht das richtige Wort. Sowohl der Teil für das Abblendlicht als auch der für das Fernlicht leuchtet, wenn ich die Klemme an den entsprechenden Pol stecke, aber eben nicht so stark wie im Auto. Man kann also problemlos reinschauen, was ja beim Auto eher nicht der Fall ist.

 

[T.Paul]

Conrad energy Zink-Kohle Mignon-Batterien

Ich hab mal das wichtige unterstrichen aus deinem Link ...

Persönliche Anmerkung: Zink-Kohle sind in allen Punkten der Alkali-Mangan (aka Alkaline) unterlegen - geringe Kapazität, schlechte Spannungslage, unsicherer, höhere Selbstentladung, höherer Innenwiderstand, ... Sollten mMn schon längst vom Markt verschwunden sein.

Alkaline sind übrigens nicht gerade eine neue Erfindung: http://www.youtube.com/watch?v=2C5Y3GIMfHM

 

[samblude]

Das ist interessant. Als Laie dachte ich eigentlich immer, dass sich Batterien als solche weniger unterscheiden und eher der Hersteller wichtig ist als die verwendeten Materialien.

Aber beeinflussen diese Materialien nicht eher die Leistungsdauer als die maximale Leistung? Woran kann ich denn bei einer handelsüblichen Batterie erkennen, wie viel Ampere sie leisten kann? Wenn ich weiß, dass sie 1,5 Volt hat und so und so viel Amperestunden, sagt das doch aber noch nichts über die Stromstärke aus, oder? Wie finde ich diese letztlich heraus?

Leuchtet denn eine 12 Volt Lampe mit 60 Watt nur dann, wenn sie auch mindestens 5 Ampere bekommt oder ist das die Menge, die sie braucht, um ihre maximale Leistung zu entfalten?

PS: Ich werde mir nachher mal ein paar Alkali-Batterien kaufen und es noch mal ausprobieren.

 

[patois]

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"vaneesh" hat es doch bereits erklärt.

Was man bei Batterien beachten muss, ist die gespeichert Energiemenge!

Ein Hinweis darauf, wieviel Energie eine Batterie speichern kann, ist der aufgedruckte Kapazitätswert in mAh (milliAmpèrestunden).

Eine ganz andere Sache ist die Abgabe dieser Energie an den sogenannten "Verbraucher".

Geht man von einer Kapazität von 1000 mAh aus, so kann man zwei unterschiedliche Entladungsbeispiele untersuchen.

1) man entnimmt der Batterie einen Strom von 100 mA, dann kann man das (rein theoretisch) 10 h (Std.) lang tun.

2) man entnimmt der Batterie einen Strom von 1000 mA, dann kann man das (rein theoretisch) 1 h (Std.) lang tun.

Ob es sinnvoll ist, aus einer Batterie einen Strom von 1000 mA zu ziehen, wollen wir hier nicht diskutieren.
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