Wird die wiederverwendbare Alkalinebatterie eine Zukunft haben?

Die wieder verwendbare Alkalinebatterie wurde 1992 eingeführt als Alternative zu den wegwerfbaren Batterien. Die Batterie wurde als Niedrigpreisenergiezelle für Verbrauchsgüter angepriesen. Es wurden Anstrengungen unternommen, in den Markt der drahtlosen Kommunikation, der Medizin und der Verteidigung einzudringen. Aber der eigentliche Durchbruch fand nicht statt. Heute belegt die wieder verwendbare Alkalinebatterie einen nur kleinen Platz im Markt und die Anwendungen sind begrenzt auf tragbare Unterhaltungsgeräte und Blitzlichter. Das Fehlen eines echten Marktanteils ist bedauerlich, wenn man bedenkt, was es für den Umweltschutz bedeutet, wenn weniger Batterien entsorgt werden müssen. Es wird gesagt, dass die Herstellungskosten nur unwesentlich höher sind als jene der wegwerfbaren (Primär)-Zellen.

Die Idee einer wiederaufladbaren Alkalinebatterie ist nicht neu. Auch wenn es durch die Hersteller nicht bestätigt wurde, wurden gewöhnliche Alkalinezellen in Haushaltungen seit vielen Jahren wieder aufgeladen. Eine Aufladung solcher Batterien ist jedoch nur dann wirkungsvoll, wenn die Batterie auf weniger als 50% ihrer Nominalkapazität entladen worden ist. Die Anzahl der Wiederaufladungen ist abhängig von der Entladungstiefe und ist begrenzt auf einige, wenige Zyklen, im besten Fall. Mit jeder Wiederaufladung wird die Energie, die die Zelle speichern kann, etwas reduziert. Dies nur als beratende Information. Das Aufladen von gewöhnlichen Alkalinezellen kann Wasserstoffgas generieren, was zu einer Explosion führen kann. Es ist unvorsichtig, eine gewöhnliche Aklalinebatterie ohne Überwachung aufzuladen.

Die wiederaufladbare Alkalinebatterie ist für wiederholte Aufladungen gebaut. Auch hier ist ein Verlust der Energiespeicherung mit jeder neuen Aufladung zu vermerken. Die Lebenserwartung der wieder aufladbaren Alkalinebatterie ist direkt abhängig von der Tiefe der Entladungen; je tiefer die Entladungen sind, desto kleiner ist die Anzahl der zu erwartenden Ladezyklen.

Von Cadex durchgeführte Test an wieder aufladbaren Alkalinebatterien 'AA' zeigten, dass bei der ersten Entladung eine hohe Kapazität gemessen werden konnte. Es ist Tatsache, dass die Energiedichte ähnlich war wie bei einer Nickel-Metall-Hydrid-Batterie. Nachdem die Batterie voll entladen worden war, und mit Hilfe des vom Hersteller gelieferten Ladegerätes aufgeladen wurde, stellte sich die Kapazität auf 60% ein, was etwas unterhalb jener bei Nickel-Kadmium liegt. Weitere Zyklen derselben Art zeigten einen geringfügigen Kapazitätsverlust mit jedem neuen Zyklus. Der Entladestrom war im Test auf 200mA (0.2C) eingestellt, d.h. 1/5 der Nominalkapazität, und die Schwelle der Entladespannung wurde auf 1V/Zelle eingestellt.

Eine zusätzliche Einschränkung bei der Verwendung von wieder aufladbaren Alkalinebatterien ist der hohe innere Widerstand, der dazu führt, dass ein Ladstrom von nur 400mA möglich ist (weniger als 400mA ergeben bessere Resultate). Obwohl verwendbar für tragbare Radioempfänger, CD-Spieler, Kassettenspieler und Blitzlichter, sind 400mA ungenügend, um übliche Mobiltelefone oder Videokameras speisen zu können.

Die wieder aufladbare Alkalinebatterie ist günstig im Einkauf, aber die Kosten pro Zyklus sind hoch, verglichen mit anderen wiederaufladbaren Batterien. Während Nickel-Kadmium bei $ 0.04 pro Zyklus bei 1500 Zyklen liegen, betragen die Kosten bei einer wieder aufladbaren Alkalinebatterie bei $ 0.50, basierend auf 10 vollen Entladezyklen. Für viele Anwendungen sind jedoch diese scheinbar hohen Betriebskosten immer noch wirtschaftlich, wenn sie mit wegwerfbaren Alkalinebatterien, die nur einmal gebraucht werden können, verglichen werden.
Bei nur teilweise entladenen wiederaufladbaren Alkalinebatterien wird eine etwas bessere Lebenserwartung möglich. Bei einer Entladungstiefe von 50% können etwa 50 Zyklen erwartet werden.

Um die Betriebskosten zwischen Standard und wiederaufladbaren Alkalinebatterien vergleichen zu können, wurde eine Studie durchgeführt mit Taschenlampen in Spitälern. Die wiederaufladbaren Alkalinebatterien erreichten messbare Kostenersparnisse im Bereich von kleinem Energiebedarf, wie das beim nur gelegentlichen Einsatz von Taschenlampen der Fall ist. Wenn der Energiebedarf hoch ist, wie beim dauernden Einsatz der Taschenlampen, wird nicht das gleiche Resultat erzielt. Tiefentladung und zahlreiche Aufladungen reduzieren die Lebenserwartung und gleichen die Kostenvorteile gegenüber Standard-Alkalinebatterien wieder aus.

Beim Betrachten der wiederaufladbaren Alkalinebatterien muss man berücksichtigen, dass die zur Verfügung stehende Energie leicht kleiner ist als jene bei Standard-Alkalinebatterien. Jeder Lade/Entladezyklus führt zur Verkleinerung der Kapazität. Kosteneinsparungen werden erreicht, wen die Batterie nie ganz entladen wird, wobei sie jedoch häufiger aufgeladen werden muss.

Vorteile
· Günstig - kann verwendet werden als direkten Ersatz für nicht aufladbare Batterien.
· Wirtschaftlicher als nicht aufladbare Batterien - erlaubt mehrere Aufladungen.
· Kleine Selbstentladung - kann als Standby-Batterie während bis zu 10 Jahren gelagert werden.
· Umweltfreundlich - keine giftigen Metalle verwendet, weniger Batterien müssen entsorgt werden.
· Unterhaltsfrei - keine regelmässigen Ladungen erforderlich, kein Memoryeffekt

Grenzen
· Begrenzter Strombezug - einsetzbar für wenig Energie brauchende Applikationen, wie Unterhaltungselektronik, Taschenlampen, Blitzlichter
· Begrenzte Anzahl Zyklen - es wird empfohlen, die Batterie aufzuladen, bevor sie zu tief entladen ist.

Über den Autor
Isidor Buchmann ist der Gründer und Geschäftsführer von Cadex Electronics Inc., in Vancouver BC. Herr Buchmann hat fundierte Basiskenntnisse in der drahtlosen Kommunikation und studierte über zwei Jahrzehnte hinweg das praktische Verhalten von wiederaufladbaren Batterien und ihre täglichen Verwendungen. Als Autor gewann er Auszeichnungen für viele Artikel und Bücher über Batterien. Herr Buchmann's technische Ausführungen gingen rund um die Welt.
Cadex Electronics ist Hersteller von fortschrittlichen Batterieladegeräten, Batterieanalysern und PC-Software. Für Produktinformationen besuchen Sie bitte www.cadex.com.