Få indsigt i
vores verden

Primære og sekundære batterier

Hvilke typer batterier findes der?

07/05-2020

Der findes generelt set to forskellige typer af batterier. Disse er primære og sekundære batterier.

Primære batterier

Primære batterier er kendt for at være til engangsbrug, hvilket, som navnet antyder, betyder, at disse kun kan anvendes en gang. Grunden til dette er, at materialet indeni batteriet ændres på en uoprettelig måde og nedbrydes imens det aflader.

Derfor skal primære batterier afskaffes efter brug, da de er ikke-genopladelige.

A, AA, AAA, C og D batterier tilhører gruppen med primære batterier og deres samlede cellepotentiale er typisk 1,5 V.  

Sekundære batterier

Sekundære batterier er derimod genopladelige batterier, der kan blive afladt og opladt igen og igen.

Afladningen og opladningen sker gennem en elektrisk strøm, hvor en modsat strøm hjælper til at genoprette elektronernes oprindelige sammensætning.

En generel regel er derfor, at sekundære batterier kan blive genbrugt igen og igen (til trods for, at disse batterier også har en begrænset levetid).

Nu da vi kender de to generelle batterigrupper, kan vi gå videre til de forskellige batterityper, der hører under disse overordnede grupper.

Eksempler på primære/engangsbatterier

Zink-carbonbatterier

Et almindeligt primært batteri er tørcellen, bedre kendt som et zink-carbonbatteri.

I dette slags zinkbatteri opfører zink sig som anoden og carbon opfører sig som katoden, hvor elektrolytten består af en saltbase.

Denne batteritype forringes over tid, da selve batteriet begynder at lække over tid på grund af en oxidation (iltning) af zinket. Denne proces er uoprettelig, hvilket betyder, at eftersom forringelsen skrider frem, så dør batteriet langsomt.

Zink-carbonbatterier bliver ofte anvendt i lommelygter, ure og radioer.

Levetiden for denne batteritype er typisk tre til fem år.

Alkaliske batterier

Et andet velkendt engangsbatteri er det alkaliske batteri.

Anodesiden af denne batteritype bruger zink, hvor katodesiden bruger mangandioxid. Ved hjælp af alkaliske elektrolytter, hovedsageligt kaliumhydroxider eller ammoniumklorid, blev alkaliske batterier opfundet som en erstatning for tørcellen.

Alkaliske batterier er også op til fem gange mere effektive end forgængeren, zink-carbon.

Du kan måske genkende alkaliske batterier, som dem, du bruger til din fjernbetjening, lommelygte, klokke, armbåndsur, elektriske nøgle eller lignende.

Ligesom tørcellen, er alkaliske batterier tilbøjelige til at lække over tid. Dette betyder, at ligesom zink-carbon batterier, sker der en uoprettelig forandring i de alkaliske batterier, som efterlader batteriet forringet, og som gør, at batteriet langsomt dør.

Nogle alkaliske batterier er genopladelige; imidlertid er størstedelen af dem dog ikke.

Generelt set er levetiden for alkaliske batterier op til otte gange længere end den konventionelle tørcelle. De fleste alkaliske batterier holder i fem til ti år.

Sølvoxidbatterier

Sølvoxidbatterier er et andet eksempel på engangsbatterier.

Denne batteritype bruger zink som anode og sølvoxid som katode, såvel som alkaliske elektrolytter, der typisk er kaliumhydroxid eller natriumhydroxid.

Med en levetid på tre til syv år og deres lille størrelse, er sølvoxidbatterier ofte brugt i armbåndsure.

Batterierne genkendes ofte som "knapcellebatterier", hvilket henviser til deres relative lille størrelse og runde kanter, der gør, at de minder om knapper.

Eksempler på sekundære/genopladelige batterier

Flowbatterier

Flowbatterier ligner i deres struktur de velkendte batterityper som f.eks. litium-ion og blysvovlsyreakkumulatorer (blybatterier), men afviger betydeligt fra disse, fordi elektrolytten i flowbatterier ikke er lagret omkring cellen af elektroder på batteriet, men er lagret på ydersiden af cellen.

Det betyder, at flowbatterierne ofte er begrænsede til store stationære anvendelser, men også, at batteritypen har store fordele i dets effekt (kW) og kapacitet (kWh), som er fuldstændigt adskilte.

Flowbatterier kommer i forskellige former, når man ser på materialet, der bliver brugt til anoden og katoden. Blandt nogle af de forskellige typer er polysulfid-bromid, zink-bromid, uran, jern-krom, osv.

Det mest gængse og kommercielt anvendte flowbatteri er det, hvor man udelukkende bruger vanadium, som det energibærende element. I denne batteritype anvendes vanadium som både anode og katode, hvor svovlsyre agerer som elektrolyt. Dette er også den batteritype, vi specialiserer os i her hos VisBlue.

Klik her for at læse mere om den generelle sammensætning i et vanadium redox flowbatteri

I forlængelse af anoden og katoden, indeholder flowbatterier også en protonudvekslingsmembran og kulstofbaserede celler.

Under opladning, bliver VO2+ ioner i de positive celler omdannet til VO2+ ioner, idet elektroner fjernes fra katodesiden af batteriet. Denne proces bliver også kaldt oxidation.

Tilsvarende, introduceres elektroner i anodesiden af batteriet, hvor V3+ ioner bliver konverteret til V2+. Denne proces bliver kaldt reduktion. Denne samlede proces af oxidation og reduktion bliver byttet rundt under afladning.

Navnet "redox" i redox flowbatterier stammer fra oxidations- og reduktionsprocesserne, og er en sammentrækning af disse to termer.

Flowbatterier har fire forskellige oxidationsstadier som, i farve, viser op- og afladningsstadierne af batteriet: V5+, V4+, V3+ og V2+. Når batteriet er fuldt opladt, ændres elektrolytten i katoden (positiv tank) til gul (V5+) og det ændres til lilla (V2+) i anoden (negativ tank). Når batteriet så er fuldt afladt, skifter farven til blå (V4+) i katoden og anoden bliver grøn (V3+).

Flowbatterier udmærker sig i deres evne til at aflade til nul, uden at det påvirker ydeevnen og op- og afladningsevnen af batteriet.

Flowbatterier er også overlegne, når der kommer til levetid, da batteritypen generelt holder i 20+ år.

Li-ionbatterier

Li-ionbatterier, sammen med blyakkumulatorbatterier (blybatterier), er muligvis det mest almindeligt kendte sekundære batteri.

Li-ionbatterier bruger ofte enten carbon eller grafit som anode og en af de tre følgende som katode: litiumkoboltoxid, litium-ionfosfat, eller litiummanganoxid.

Generelt set, består elektrolytterne i Li-ionbatterier af anionsalte, som indeholder litium og organiske carbonater, såsom ethylencarbonat eller diethylcarbonat.

Under afladning, flyttes litium-ioner fra anode til katode og under opladning, vendes denne proces om.

Li-ionbatterier bruges ofte til bærbar elektronik, såsom kameraer, mobiltelefoner og computere, men de kan også bruges til store stationære batteriinstallationer. Li-ionbatterier anvendes også i et bredt omfang i Power-2-X industrien, hvor de sætter strøm til forskellige elektriske køretøjer.

Den generelle levetid for Li-ionbatterier er ekstremt vanskelig at fastsætte, da kvaliteten på denne batteritype varierer meget, men som en tommelfingerregel, lever Li-ionbatterier fra syv til tolv år.

Blybatterier

Blyakkumulatorbatteriet, bedre kendt som blybatteriet, er det første genopladelige batteri, der blev udviklet og dens oprindelse stammer fra1859.

Denne batteritype bruger metallisk bly til anoden, samt blyoxid til katoden, hvor elektrolytten indeholder svovlsyre.

Når batteriet oplades, reagerer syren med blyet i både anoden og katoden, hvor det producerer blysulfat. Denne proces er omvendt under afladningen af batteriet. Produktionen og nedbrydningen af blysulfat producerer små, men potente eksplosioner af energi, vi kan anvende og bruge f.eks. til at starte vores biler med.

På grund af dets størrelse, bliver blybatteriet oftest brugt i køretøjer og som nødstrømsanlæg til eks. datacentre.

Levetiden på blybatterier kommer an på temperaturen på det pågældende sted, hvor batteriet befinder sig. Som en generel regel, halveres levetiden for batteriet ved høje temperaturer (35°C og derover). I driftstilstand ved stuetemperatur (20-25°C), hvilket er batteriets optimale driftstemperatur, har batteriet ofte en levetid på to til fem år.

Nikkel-cadmiumbatterier(NiCd) og nikkel-metalhydridbatteri (NiMH)

NiCd og NiMH batterier er ens i deres struktur og brug, men adskiller sig fra hinanden på flere forskellige måder.

NiCd batterier bruger cadmium som anode, nikkel-oxidhydroxid som katode, en separator, og kaliumhydroxid som elektrolyt. Denne batteritype bliver ofte brugt til f.eks. elværktøj, medicinsk udstyr og legetøj.

NiMH batterier bruger en hydrogenion som anode, nikkelhydroxid som katode, en separator, og kaliumhydroxid som elektrolyt. Denne batteritype bliver ofte brugt i eks. medicinsk udstyr, elapparater og i bilbatterier.

Men hvad er så forskellen mellem disse to batterityper?

NiMH batterier er generelt set overlegen i forhold til NiCd batterier.

NiMH batterier udmærker sig på tre vigtige punkter: den første er, at de har mere kapacitet, hvilket betyder, at denne batteritype kan forsyne apparater med strøm i længere tid. Den anden forskel er, at batteriet har bedre hukommelseseffekt, hvilket betyder, at NiMH batteriet kan opnå en fuld opladning i længere tid end NiCd batterier. NiMH batterier er også ofte et mere miljørigtigt valg end NiCd batterier, i forhold til materialevalg og genanvendelighed.

NiCdbatterier har en levetid på et til tre år, hvorimod NiMH batterier har en levetid på tre til fem år.