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

↑ Korrekt bezeichnet Batterie eine Zusammenschaltung mehrerer elektrochemischer Zellen.
↑ DIN EN 61951-1
↑ Batterie-Technologien
↑ Vergleichstabelle Knopfzellen (Batterien)
↑ T. Litovitz, B. F. Schmitz: Ingestion of cylindrical and button batteries. An analysis of 2382 cases. Pediatrics 89(1992), S. 747–757.
↑ 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.
↑ T. Geis, T. Lang: Nächtliches Erbrechen und Schiefhals, Monatsschrift Kinderheilkunde 2008.
↑ Bundesinstitut für Riskiobewertung: Risiko Vergiftungsunfälle bei Kindern, 2009

Weblinks

Commons: Knopfzelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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Galvanische Zellen

[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

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