Batterietechnik für Notbeleuchtung

Weit verbreiteter Konsens ist, dass Elektrizität, die trotz ihrer viel früheren Entdeckung seit etwa der Mitte des 19. Jahrhunderts genutzt wird, eine der größten Entdeckungen ist, die einen erheblichen positiven Einfluss auf die Weltbevölkerung hatte.

Batterien sind alltäglich in dem Sinne, dass sie überall verwendet werden und eine Vielzahl von Geräten mit Strom versorgen, von kleinen Geräten wie Computern und Mobiltelefonen bis hin zu größeren wie Fahrzeugen und Lieferwagen.

Während jeder ein chemisches Gerät mit zwei oder mehr Zellen als „Batterie“ bezeichnet, ist der korrekte Begriff eigentlich eine „Zelle“, da das Wort „Batterie“ militärische Konnotationen hat und sich auf Waffen bezieht, die zusammenarbeiten. Dieses chemische Gerät hat die Fähigkeit, chemische Energie zu speichern, die in Gleichstrom umgewandelt wird. Die Vielfalt der heute auf dem Markt befindlichen Batterien ist nahezu grenzenlos und reicht von winzigen Primärbatterien für Uhren bis hin zu riesigen Sekundärbatterien mit einer Megawattleistung, die als Energiespeicher verwendet werden, um Städte bei Bedarf mit Strom zu versorgen.

Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Arten von Batterien, und diese können entweder als Primärbatterien kategorisiert werden, was bedeutet, dass sie nicht wiederaufladbar sind und als „verwenden und entsorgen“ (aber natürlich recyceln) Typ gelten Produkt oder eine Sekundärbatterie, was bedeutet, dass sie wiederaufladbar ist und in zwei Betriebsbereiche fällt. Batterien dieser Art werden für elektrische Geräte wie Armbanduhren, Uhren und Kinderspielzeug verwendet. Zum einen gibt es Akkus, mit denen Geräte wie Handys oder Laptops geladen und entladen werden können, zum anderen Akkus, die aufgeladen werden und dann bei Bedarf Strom liefern, etwa in Elektroautos. Bei diesem zweiten Typ, der für die Notbeleuchtung verwendet wird, ist die Batterie ständig geladen und bereit, im Falle eines Ausfalls der Hauptelektrik des Gebäudes Strom zu liefern, indem sie die erforderliche Energiemenge entlädt.

Für Primärbatterien werden häufig verschiedene Chemikalien verwendet, darunter Alkaline, Zink/Kohle und neuerdings auch Lithium. Diese Chemikalien sind als "Trockenzellen" bekannt, da sie keinen flüssigen Pastenelektrolyten benötigen, um Strom fließen zu lassen. Als die Technologie für Blei-Säure-Zellen zum ersten Mal für Sekundärbatterien entwickelt wurde, waren alle anderen Batterien Primärbatterien. Blei-Säure-Batterien, auch bekannt als SLI-Batterien (Starting/Light/Ignition) Batterien, werden als „Nasszellen“ bezeichnet, da sie einen flüssigen Elektrolyten enthalten. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich, von den kleinsten 1 Ah bis zu 12,000 Ah. Diese Technologie wurde verwendet, um Energie zentral in Gebäuden mit einer Vielzahl unterschiedlicher Spannungen zu speichern und den Betrieb von Zentralbatteriesystemen bei Bedarf für Notbeleuchtungen mit Strom zu versorgen.

Mit fortschreitender Batterietechnologie wurden Nickel-Cadmium-Batterien eingeführt, gefolgt von Nickel-Metallhydrid-Batterien und in jüngerer Zeit Lithium-Ionen-Batterien, die nun den Standard übernommen haben. Die Spannung, die Batteriezellen typischerweise erzeugen, reicht von sehr niedriger Spannung bis zu etwa 3–4 Volt, wobei größere Spannungen und eine größere Stromzufuhr durch den Einbau zusätzlicher Zellen erreicht werden. Die Sammelzellen, die von den in einer Parallelschaltung angeordneten Zellen erzeugt werden, liefern mehr Strom, während die Sammelzellen, die von den in einer Reihenschaltung angeordneten Zellen erzeugt werden, mehr Spannung erzeugen, was eine Lösung sowohl für einen höheren Strom als auch für eine erhöhte Spannung bietet.

NI-Cd (Ni-Cad)=NICKEL-CADMIUM Dies ist eine der frühesten Batterietechnologien, und die Vorteile dieser Batterietypen umfassen ihre hervorragende Zuverlässigkeit, die Fähigkeit, hohen Entladungsraten bei einer Vielzahl von Temperaturen standzuhalten, und verlängert Haltbarkeit und Lebensdauer. Diese Batterien erzeugen mit einer Kathode aus Nickeloxid (NiOOH) und einer Anode aus dem Metall Cadmium (Cd) eine Spannung von etwa 1,2 Volt. Der Hauptnachteil der Teilentladung mit anschließendem Laden besteht darin, dass die Batterie ihr „Gedächtnis“ verliert, wodurch ihre maximale Ladekapazität mit der Zeit abnimmt. Außerdem können sie durch Überladung beschädigt werden. Der Vorteil dieser Ni-Cd-Batterien besteht darin, dass sie in der Lage sind, hohe Lade- und Entladeraten durchzuführen und in einem breiten Temperaturbereich zu arbeiten.

Ni-MH oder Nickelmetallhydrid ist eine relativ neue Technologie, die Nickeloxid (NiOOH) und eine Metalllegierung verwendet. Während des Ladevorgangs wird Wasserstoff gespeichert, um Metallhydrid zu erzeugen, das dann beim Entladen freigesetzt wird. Diese Technologie hat eine Lebenserwartung von 3000 Zyklen. Trotzdem hat sie nur rund 60 Prozent der Kapazität einer Lithium-Ionen-Zelle gleicher Größe. Eine Nickel-Metallhydrid-Zelle kann die zwei- bis dreifache Kapazität einer gleich großen Nickel-Cadmium-Batterie haben. Im Gegensatz zu einigen der eher antiquierten Batterietechnologien sollen sie ökologisch unbedenklich sein, da sie kein Cadmium, Quecksilber oder Blei enthalten.

LI-ION – Lithium-Ionen Als erstes ist zu beachten, dass es zwei Arten von Batterien gibt: Lithium und Lithium-Ionen. Erstere ist eine Hauptbatterie für den einmaligen Gebrauch, während letztere eine wiederaufladbare Sekundärbatterie ist. In den letzten Jahren hat die Branche dank des Aufkommens der Lithium-Ionen-Technologie in den 1970er Jahren eine Revolution erlebt, die heute in einer Vielzahl von Geräten verwendet wird, von Mobiltelefonen und Laptops bis hin zu allen Arten von Transportmitteln. Die Kathode, die die Kapazität einer Lithium-Ionen-Batterie definiert, die Anode, die den Stromfluss ermöglicht, der Elektrolyt, der aus Salzen, Lösungsmitteln und Zusatzstoffen besteht, und schließlich der Separator, der als Barriere fungiert, um die Kontakte zu halten auseinander. Während des Entladevorgangs fließen Lithium-Ionen vom Minus zum Plus und wieder zurück, während der Akku geladen wird. Es hat eine Lebensdauer von 500–1,000 Zyklen, da der Betrieb unter Bedingungen mit höheren Temperaturen zu einem instabilen Betrieb führen kann.