Knopfzelle


Knopfzelle

Eine Knopfzelle ist in der Elektrotechnik eine elektrochemische Zelle (umgangssprachlich Batterie[1]) mit rundem Querschnitt, deren Gesamthöhe kleiner als der Gesamtdurchmesser ist.[2] und Zellspannungen zwischen 1,35 und 3,6 Volt. Sie erhielt ihre Bezeichnung durch die Bauform, die in Größe und Form einem Kleidungsknopf ähnelt. Nach dem Elektrodenmaterial unterscheidet man u. a. Silberoxid-, Quecksilberoxid- und Lithiumzelle.

Knopfzellen werden als Spannungsquelle in Geräten eingesetzt, die einen geringen Strombedarf haben, z. B. gepufferte SRAM-Bausteine auf Mainboards, oder aber in Geräten, die sehr klein sind, wie zum Beispiel Taschenrechner, Armbanduhren und Hörgeräte.

Verschiedene Knopfzellen
Schema einer Knopfzelle (Quecksilberoxid-, Silberoxid- oder Lithiumzelle)

Die ersten Knopfzellen waren Quecksilberoxid-Zink-Zellen und wurden 1942 von Samuel Ruben für das US-Militär eingeführt.

Einsatzbereiche / Unterscheidung

Einsatz

Grundsätzlich gibt es für unterschiedliche Anforderungen auch unterschiedliche Batterietypen, die sich vom Spannungsverlauf bis hin zur Haltbarkeit unterscheiden und auch entsprechend eingesetzt werden sollten. Bei Armbanduhren sind es in der Regel Silberoxid-Batterien und bei Allroundanwendungen, wie z. B. bei kleinen LED-Taschenlampen oder Kinderspielzeug, sind es die preiswerteren Alkaline-Batterien.

Unterschiede

Lithium-Knopfzellen werden überall dort eingesetzt, wo man für eine lange Zeit eine Spannungsversorgung benötigt, z. B. der Typ CR2032 in Computern auf Hauptplatinen, um als Pufferbatterie die Spannungsversorgung der Uhr und des CMOS-RAMs sicherzustellen, wenn der Rechner vom Netz getrennt oder abgeschaltet ist. Auch CR2016, CR2025 usw. sind häufig verwendete Lithium-Knopfzellen, die in kleineren elektronischen Geräten und in vielen Autoschlüsseln eingesetzt werden.

Alkali-Mangan-Knopfzellen sind sehr preiswert und werden daher oft in kleinen elektronischen Geräten, wie z. B. Taschenrechnern und auch in Taschenlampen mit LED-Technik eingesetzt. Da diese Batterien auch auslaufen können, sollte man sie keinesfalls als Ersatz in einer Armbanduhr einsetzen. Bezeichnungen wie L1154, LR44, V13GA, AG13, KA76, LR44H und GPA76 bezeichnen eine einzelne Alkaline-Batterie.

In Armbanduhren sind in den meisten Fällen Silberoxid-Knopfzellen mit Bezeichnungen wie zum Beispiel SR1154, SR44, SR44SW oder 303 im Einsatz. In einigen wenigen Fällen gibt es auch Armbanduhren mit Lithium-Batterien, die aber dann auch auffallend groß sind (Beispiel CR2320).

Eine Unterscheidung innerhalb dieser Typen ist die der Strombelastbarkeit [3]:

Low-Drain: Geringere Strom-Belastbarkeit, z.B. für Uhren geeignet bei hoher Auslaufsicherheit (Elektrolyt: Natronlauge).

High-Drain: Höhere Strom-Belastbarkeit, z.B. für Foto- / Fernsteuerungs-Anwendungen geeignet, bei guter Auslaufsicherheit (Elektrolyt: Kalilauge).

Zink-Luft-Knopfzellen werden in erster Linie in Hörgeräten eingesetzt (siehe auch Hörgerätebatterie).

Abmessungen

Identische Abmessungen bedeuten nicht, dass es sich um die passende Batterie handelt. Einige Anbieter nennen für ein Produkt die unterschiedlichsten Bezeichnungen, die zwar von den Abmessungen identisch sind, aber unterschiedliche Batterietypen (Silberoxid 1,55 V, Alkaline 1,5 V, Zink-Luft 1,4 V) wie zum Beispiel SR41, AG3, SG3, LR41, PR41, 192, 384, 392 beschreiben. Bei solchen Auflistungen werden Silberoxid-Uhrenbatterien, Alkaline Knopfzellen und Zink-Luft-Hörgerätebatterien als angeblich kompatibel aufgeführt.

Es ist möglich, eine als höherwertig eingestufte Batterie auch als Ersatz für eine weniger wertige einzusetzen. So können Silberoxid-Zellen auch an Stelle von Alkali-Mangan-Zellen eingesetzt werden. Entsprechend kann die höherwertige daher als kompatibel bezeichnet sein. Diese Kompatibilität funktioniert aber nicht automatisch auch in umgekehrter Richtung.

Spannung

Handelsübliche Knopfzellen, zum Größenvergleich in der Bildmitte 9-Volt-Block.

Die Spannung einer Knopfzelle ist von ihrer chemischen Zusammensetzung abhängig.

Zellen-Typ IEC-Bezeichnung Beispiel Spannung
Quecksilberoxid-Zink-Zelle* MR MR52 1,35 V
Zink-Luft-Zelle PR PR41 1,4 V
Alkali-Mangan-Zelle LR LR44, L1154 1,5 V
Silberoxid-Zink-Zelle SR SR44, SR1154 1,55 V
Lithium-Mangandioxid-Zelle CR CR2032 3,0 V
Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Zelle BR BR2016 3,0 V
* Batterien, die Quecksilber enthalten, werden nicht mehr hergestellt.

Kapazität

Je kleiner die Knopfzellen sind, desto geringer ist die in den Zellen enthaltene Ladungsmenge, die in Milliamperestunden (mAh) angegeben wird. Trotz der sehr kleinen Kapazitäten können Knopfzellen besonders in Armbanduhren und Taschenrechnern mit Flüssigkristallanzeige (LCD) eine in Jahren zu bemessende Laufzeit haben.

Silberoxid-Zellen haben meist eine höhere Nennkapazität als Alkali-Mangan-Zellen.

Aufbau der Modellnummern

Grundsätzlich gibt es für unterschiedliche Anforderungen auch unterschiedliche Batterietypen, die sich vom Spannungsverlauf bis hin zur Haltbarkeit unterscheiden und auch entsprechend eingesetzt werden sollten. Bei Armbanduhren sind es in der Regel Silberoxid-Batterien, bei Allroundanwendungen, wie z. B. bei kleinen LED-Taschenlampen oder Kinderspielzeug, die preiswerteren Alkaline-Batterien.

Lithium-Knopfzellen

Datei:CR 2025 3D.jpg
Lithium-Knopfzelle CR 2025

CR1620 = Lithium-Batterie mit 16 mm Durchmesser und 2 mm Höhe. Das "CR" steht für eine Lithium-Batterie als Rundzelle, danach folgt der Durchmesser in mm, die letzten Ziffern geben die Dicke in 1/10 mm an. Für die Lithium-Knopfzellen haben sich keine herstellereigenen Bezeichnungen verbreitet.

Alkaline-Knopfzellen

LR1154 = Alkaline-Batterie mit 11,6 mm Durchmesser und 5,4 mm Höhe. Das "LR" steht für eine Alkaline-Batterie als Rundzelle, danach folgt der Durchmesser in mm (abgerundet), die letzten Ziffern geben die Dicke in 1/10 mm an. Für diese Knopfzellen werden immer wieder die unterschiedlichsten Bezeichnungen genannt und teilweise auch miteinander vermischt. So gibt es sogar Verpackungen, auf denen die Bezeichnungen SR44, LR44, 357 und L1154 in einer Zeile genannt werden. Damit handelt es sich z. B. um eine Alkaline- und Silberoxid-Batterie gleichzeitig. Einzig und allein die Abmessungen sind identisch.

Silberoxid-Knopfzellen

SR626 = Silberoxid-Batterie mit 6 mm Durchmesser und 2,6 mm Höhe. Das "SR" steht für eine Silberoxid-Batterie als Rundzelle, danach folgt der Durchmesser in mm (abgerundet). Die letzten Ziffern geben die Dicke in 1/10 mm an. Diese Batterien werden überwiegend in Armbanduhren eingesetzt. Der Vorteil von Silberoxidbatterien ist die für lange Zeit gleichbleibende Spannung. Grundsätzlich werden nur Knopfzellen als Silberoxidbatterien hergestellt.

Zink-Luft-Knopfzellen

Zink-Luft-Batterien mit Farbkodierung

Zink-Luft-Batterien haben eine sehr hohe Energiedichte. Sie sind äußerlich erkennbar an dem meist farbigen Versiegelungs-Aufkleber, der die für den chemischen Prozess benötigte Luft bis zur Aktivierung von der Batterie fernhält. Hervorzuheben ist die annähernd waagerechte Endladungskurve, die erst zum Kapazitätsende steil abfällt und die vergleichsweise hohe Stromabgabe. Eingesetzt werden diese Zellen überwiegend in Hörgeräten.

Quecksilber-Knopfzellen

Diese früher häufig eingesetzten Knopfzellen sind aufgrund der vom enthaltenen Quecksilber ausgehenden starken Umweltbelastung in Europa verboten. Für einige Typen gibt es Vergleichsmodelle auf Zink-Luft-, Alkali-Mangan- oder Silberoxid-Basis. Im Einzelfall ist dabei zu prüfen, ob die höheren Spannungen der Vergleichstypen ein Problem für das Gerät darstellen.

Übersicht Größen- und Batterietypen

Bezeichnungen verschiedener Knopfzellen sind in der Norm EN 60086 genormt. Es gibt aber auch populäre Bezeichnungen, die von einzelnen Herstellern entwickelt wurden.[4]

Durchm.
⌀ in mm
Höhe
in mm
Spannung
in V
IEC JIS Seiko Renata Varta Maxell Citizen GP Bulova
5,8 2,2 1,55 SR63 S521 SB-AC RE379 V379 SR521SW 280-59 GP379 618
5,8 2,2 1,5 LR63 L521 AG0
5,8 2,6 1,55 SR64 S527 SB-AE 319 V319 SR527SW 280-60 615
6,8 1,6 1,55 SR65 L616 SB-AF 321 V321 SR616SW 280-73 GP321 611
6,8 2,2 1,5 LR60 L621 AG1
6,8 2,2 1,55 SR60 S621 SG1 364 V364 SR621SW 280-34 602
6,8 2,6 1,55 SR66 S626 SG4 SB-AW V377 SR626SW 280-39 606
6,8 2,6 1,5 LR66 L626 AG4 LR626
7,9 2,1 1,5 LR58 L721 AG11
7,9 2,1 1,55 SR58 S721 SB-AK 362 V362 SR721SW 280-29 601
7,9 2,6 1,5 LR59 L726 AG2
7,9 2,6 1,55 SR59 S726 397 V397 607
7,9 3,6 1,5 LR41 L736 AG3 GP192
7,9 3,6 1,55 SR41 S736 SG3 SB-A1/D1 384 V3841 SR41SW 280-18 247
7,9 3,6 1,55 SR41 S736 SG3 SB-B1 392 V3922 SR41W 280-13 247
7,9 5,4 1,55 SR48 S754 SB-B3 393 V393 255
7,9 5,4 1,55 SR48 S754 309 V309 SR754SW
7,9 5,4 1,5 LR48 L754 AG5
7,9 5,4 1,45 PR48 ZA13 ZA13
9,5 2,1 1,55 SR69 L921 SG6 SB-AN V371 SR920W 280-31 GP71 605
9,5 2,7 1,55 SR57 S927 SG7 SB-BP/EP 399 V399 SR927W 280-44 GP395 613
9,5 3,6 1,5 LR45 L936 AG9
9,5 3,6 1,55 SR45 S936 SG9 SB-A 394 V394 SR936W 625
11,6 2,1 1,5 LR55 L1120
11,6 2,1 1,55 SR55 S1120 SG8 SB-BS/ES 391 V391
11,6 3,05 1,5 LR54 L1130 AG10 V10GA GP189
11,6 3,05 1,55 SR54 S1130 SG10 SB-BU 389 V389 SR1130W 280-15 626
11,6 3,05 1,55 SR54 S1130 SG10 SB-AU 390 V390 SR1130SW 280-24 603
11,6 4,2 1,5 LR43 L1142 AG12 V12GA GP186
11,6 4,2 1,55 SR43 S1142 SB-A8 301 V301 SR43SW 280-01
11,6 5,4 1,5 LR44 L1154 AG13 V13GA GPA76
11,6 5,4 1,55 SR44 S1154 SG13 SB-B9 357 V357 SR44W 280-82 GP357 228
11,6 5,4 1,45 PR44 ZA675 HA675A
20,0 1,6 3,0 SB-T 11 CR2016 CR2016 CR2016 280-206
20,0 3,2 3,0 SB-T 51 CR2032 CR2032 CR2032

1 Low Drain

2 High Drain

Aufladbare Knopfzellen

Knopfzellen gibt es auch als wiederaufladbare Akkumulatoren (kurz Akku), die in Computern, Laptops, schnurlosen Telefonen, Kopfhörern, Hörgeräten usw. zum Einsatz kommen. Die Nennspannung von Nickel-Cadmium-Akkus oder Nickel-Metallhydrid-Akkus beträgt 1,2 Volt. In Europa sind Nickel-Cadmium-Knopfzellen inzwischen verboten und daher vollständig vom Markt verschwunden. Siehe Richtlinie 2002/95/EG (RoHS).

In wenigen Fällen werden auch aufladbare Kondensatorbatterien in Uhren eingesetzt.

Kondensatorbatterie Modelle von Panasonic
Bezeichnung Spannung Durchm. Höhe
MT-516 1,5 V 5,8 mm 1,6 mm
MT-621 1,5 V 6,8 mm 2,1 mm
MT-920 1,5 V 9,5 mm 2,0 mm

Austausch

Ausgelaufene Knopfzelle

Beim Austausch entladener Knopfzellen sollte man sorgfältig arbeiten. Die neue Zelle sollte nicht mit den Fingern angefasst werden. Auf die Knopfzelle übertragenes Fingerfett bildet einen Übergangswiderstand, wodurch der Stromfluss von der Oberfläche zur Halterung behindert wird. Knopfzellen werden am besten mit Silikon- oder Gummihandschuhen (bzw. Fingerlingen) oder einer Kunststoffpinzette entnommen und eingesetzt. Eine Metallpinzette ist ungeeignet, sie kann den Rand der Zelle kaum fassen. Beide Stirnseiten sollten nicht kurzgeschlossen werden, was beim Greifen mit einer Metallpinzette möglich wäre. Wenn man die Batterie mit bloßen Fingern nur an der Mantelfläche berührt (und zwar nur an Stellen, die nach dem Einbau nicht mit den Kontakten in Berührung kommen), hat das ebenfalls keinen Einfluss auf den Übergangswiderstand, da an diesen Stellen kein Strom fließt.

Neben der Standardausführung als austauschbare Zelle gibt es Knopfzellen mit Printanschluss oder Lötfahne. Diese werden fest in Schaltungen eingelötet und sind somit nur durch Auslöten auszutauschen.

Knopfzellen und Kleinkinder

Knopfzellen sollten, wie alle Kleinteile, kindersicher aufbewahrt werden. Gerade bei vollen Knopfzellen geht nicht nur durch die Größe (vergleichbar mit dem Verschlucken von Münzen), sondern auch durch die enthaltene Spannung eine Gefahr aus. Besonders gefährlich sind relativ große Knopfzellen mit einer hohen Spannung, in der medizinischen Literatur wird häufig das Modell CR2032 (3 V, typisch 200 mAh) genannt.[5][6][7]

Eine weitere Gefahr ist, dass es durch ein Auslaufen der Knopfzelle zu Verätzungen im Bereich Speiseröhre-Magen-Darm kommt.[8].

Einzelnachweise

  1. Korrekt bezeichnet Batterie eine Zusammenschaltung mehrerer elektrochemischer Zellen.
  2. DIN EN 61951-1
  3. Batterie-Technologien
  4. Vergleichstabelle Knopfzellen (Batterien)
  5. T. Litovitz, B. F. Schmitz: Ingestion of cylindrical and button batteries. An analysis of 2382 cases. Pediatrics 89(1992), S. 747–757.
  6. D. Yardeni, H. Yardeni, A. G. Coran et al.: Severe esophageal damage due to button battery ingestion – can it be prevented? Pediatr Surg Int 20(2004), S. 496–501.
  7. T. Geis, T. Lang: Nächtliches Erbrechen und Schiefhals, Monatsschrift Kinderheilkunde 2008.
  8. Bundesinstitut für Riskiobewertung: Risiko Vergiftungsunfälle bei Kindern, 2009

Weblinks

 Commons: Knopfzelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Vorlage:Commonscat/WikiData/Difference