Die Welt der

Funktion, Systeme, Entsorgung

Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien

Batterien

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Inhalt

Erster Teil Die Entwicklung und die Funktion der GerätebatterienAnfänge 4Funktionsweisen 4Unterschiede zwischen Primär- und Sekundär-Systemen 6Bezeichnungen 7

Zweiter Teil Die Technik und die Produktion der Primärbatterie-SystemeZink-Kohle 8Alkali-Mangan 8Zink-Luft 9Silberoxid 10Lithium-Mangandioxid 11

Die Technik und die Produktion der Sekundärbatterie-SystemeNickel-Cadmium 12Nickel-Metallhydrid 13Lithium-Ionen/Lithium-Polymer 14

Dritter Teil Die EntsorgungBatterieverordnung 16Stiftung GRS Batterien 16Sortierverfahren 17Verwertungsverfahren 18

Vierter Teil Der Ausblick 20

Fünfter Teil Der AnhangGlossar 22Abkürzungen 23Quellen 23Impressum 23

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Vorwort

Überall erreichbar sein, beim Joggen nicht aufMusik verzichten, auch als Schwerhöriger wiederbesser hören können – das Thema „mobile Strom-versorgung“ erhält einen zunehmend wichtigenStellenwert in unserer Gesellschaft.

Damit wächst auch das Interesse an den Energie-trägern, die das leisten, den Gerätebatterien.

Über dieses Thema berichten wir in dieser Broschüreumfassend, aber nicht zu detailliert, sachlich, abernicht zu trocken.

Sie beschreibt die Anfänge der Batterien, derenAufbau und mögliche Anwendungen und gibteinen Ausblick auf zukünftige Systeme. Dem ThemaEntsorgung und der Darstellung einiger Verwer-tungsverfahren ist ein eigenes Kapitel gewidmet.

Wir hoffen, dass sie den neugierigen Leser infor-miert und den informierten Leser neugierig macht.

Dr. Jürgen FrickeVorstandsvorsitzender GRS Batterien

Hamburg, im August 2001

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Reihe von elektrochemischen Energiespeicher-Gerä-ten und erlangten 1901 Patente für den Nickel-Cad-mium- beziehungsweise Nickel-Eisen-Akkumulator.

FunktionsweisenElektrischer Strom besteht aus fließenden Elektronen.Sie bewegen sich infolge einer elektrischen Span-nung als treibende Kraft. Sie fließen durch elektri-sche Leiter, wie zum Beispiel Kabel oder Glühlampen.Der Strom bringt den CD-Player zum Spielen und dieGlühlampe zum Leuchten.

Strom kommt nicht nur aus der Steckdose. Aucheine Batterie stellt Strom zur Verfügung. Statt vonStrom sollte man genauer von elektrischer Leistungsprechen, da der Strom stets von einer Spannungbegleitet wird, und Strom mal Spannung ist Leistung.Leistung mal Zeit ist Energie. Die Batterie ist ein elek-trochemischer Energiewandler, der gespeicherte che-mische Energie auf direktem Wege in elektrischeEnergie umwandeln kann. Bildlich gesprochen bietetder Minuspol die Elektronen in großer Stückzahl und mit „hohem Druck“ an und der Pluspol „saugt“ dieElektronen wieder ab. Der „Druckunterschied“ ent-spricht der Spannung der Batterie; die pro Zeiteinheitfließende Menge der Elektronen ist der Strom.

GerätebatterienDie Entwicklung und die Funktion der

1789AnfängeDie Geschichte der elektrochemischen Energiespei-cher begann mit der naturwissenschaftlichen Unter-suchung der Elektrizität. Namen wie Luigi Galvani(1737-1798) und Alessandro Cont di Volta (1745-1827) sind mit diesen Arbeiten verbunden undleben noch heute in Bezeichnungen wie „galvani-sche Zelle“ und „Volt“ fort. Galvani fiel bei Experi-menten 1789 auf, dass Froschbeine zu zucken be-ginnen, wenn sie mit zwei verschiedenen Metallenin Berührung kommen. Er schloss daraus auf einenZusammenhang zwischen Elektrizität und Muskel-tätigkeit.

Zehn Jahre später baute Volta die erste einfacheBatterie: Er schichtete Kupfer- und Zinkscheibenabwechselnd übereinander und legte zwischen dieScheiben jeweils ein in Salzlösung getränktes StückPappe. Diese „Volta’sche Säule“ lieferte Energie,wenn die Scheiben durch Draht verbunden wurden.Die Spannung ließ sich mit mehreren in Seriegeschalteten Säulen noch erhöhen.

Johann Wilhelm Ritter (1776-1810), der mitGoethe auf dem Gebiet der Naturwissenschaftenzusammenarbeitete, entwickelte 1802 eine Batterie,die so genannte „Ritter’sche Säule“. Die Säulebestand aus übereinander geschichteten und mitTafelsalz (Natriumchlorid) getränkten Kupfer- undKartonscheiben. Diese Vorrichtung konnte mit elek-trischem Strom geladen werden und gab bei derEntladung Strom ab. Sie gilt als Urform des Akku-mulators.

Die Industrialisierung beschleunigte die Entwick-lung elektrochemischer Energiespeicher. Dynamound Glühlampe waren gegen Ende des 19. Jahr-hunderts erfunden – es gab einen rasch wachsen-den Bedarf, elektrische Energie zu speichern.

Am Anfang der Entwicklung der Nickel-Cadmium-Batterie stehen zwei Namen: Waldemar Jungner(1869-1924) und Thomas Alva Edison (1847-1931).Die beiden Erfinder beschäftigten sich mit einer

Elektronen-strom

Anode Kathode

–

Stoffoxidationwährend der

Entladung

Stoffreduktionwährend derEntladung

+

Ionen-strom

Elektrolyt

Prinzip der Elektrolyse

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Der Strom hört in den Polen natürlich nicht auf, esgibt einen vollständigen Stromkreis. In der Batteriefließt der Strom als Ionenstrom in der Elektrolytflüs-sigkeit von einer Elektrode zur anderen. Hier laufendie dazugehörigen elektrochemischen Reaktionenab. Verschiedene Elektrodenmaterialien geben dieElektronen ab (Minuspol), andere „saugen“ sie wie-der auf (Pluspol). Für Taschenlampen und Kasset-tenrekorder werden meistens Braunstein-Zink-Batte-rien benutzt. Hier gibt es die Varianten „Zink-Kohle“und „Alkali-Mangan“, auch Alkaline genannt. Beibeiden versorgt Zink den Minuspol mit Elektronen,weil das Zink seine Elektronen so schnell wie mög-lich abgeben möchte. Hinter dem Pluspol befindetsich der Braunstein, der diese Elektronen dann wie-der aufnimmt.

Diese Elektrodenmaterialien heißen „aktive Mas-sen“. Sie dürfen sich in der Batterie nicht berühren,sonst entsteht ein Kurzschluss und die Batterie ent-lädt sich von selbst. Deshalb trennt ein Separatordie aktiven Massen. Dieser besteht aus einer ArtPapier, das mit Elektrolytflüssigkeit getränkt ist.

Für die Entwicklung der elektro-

chemischen Energiespeicher stehen

Namen wie Luigi Galvani (rechts

oben), Alessandro Volta (rechts

Mitte), Johann Wilhelm Ritter

(rechts unten) und Thomas Alva

Edison (unten). Als Urform des

Akkumulators gilt die so genannte

Ritter’sche Säule, die Ritter 1802

entwickelte.

PoröseTrennwand

Anode(Zink)

Kathode(Kupfer)

–

Kaliumsulfat-lösung

Minuspol:Zn Zn2+ + 2e–

Kupfersulfat-lösung

Pluspol:2e– + Cu2+ Cu

–

–

––

Zn2+

Zn2+

Zn Cu2+

Cu

–

––

Redoxreaktion als Spannungsquelle:

Zinkatome werden oxidiert, Kupferionen reduziert

Durch seine Poren fließen die Ionen vom Braunsteinzum Zink, so dass sich der Stromkreis schließt.

Ist das Gerät ausgeschaltet, ruht auch die Batte-rie und die Prozesse der Entladung kommen zumErliegen. Die positive Elektrode und die negativeElektrode stellen unter dieser Bedingung ihr elektro-chemisches Gleichgewicht ein. Dieses ist für ein ge-gebenes System mit einer bestimmten Spannungverbunden (zum Beispiel Zink-Kohle 1,5 V, Bleibat-terie 2 V). In der Praxis laufen unter dieser Bedin-gung noch Selbstentladungsvorgänge ab, die – jenach System – von unterschiedlich großem Einflusssind.

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Die Selbstentladung ist ein temperaturabhängigerReaktionsprozess an den Elektroden der Zelle undist unabhängig vom Verbraucher. Sie ist bei Primär-batterien sehr klein, im Gegensatz zu wieder auflad-baren Systemen. Hier kann es Boten-Ionen geben,die die Selbstentladung fördern, wie etwa beiNickel-Cadmium- (NiCd) und Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (NiMH). Diese Boten-Ionen (derFachmann spricht von einem so genannten Redox-System) wandern zwischen den Elektroden hin undher und transportieren dabei Ladungen. Bei denSystemen NiCd und NiMH kommt hinzu, dass ihreNickel-(hydroxid)-Elektrode nicht lagerstabil ist. EineSelbstentladung von bis zu 30 Prozent pro Monatsind bei diesen Systemen „normal“. Akkus sind alsonach rund drei Monaten „leer“. Aus diesem Grundist es nicht ratsam, Taschenlampen oder Warnleuch-ten mit Akkus zu bestücken. Werden diese dann irgendwann gebraucht, sind die Batterien garantiertentladen. Für diese Zwecke empfehlen sich Primär-batterien der Systeme Zink-Kohle oder Alkali-Mangan.

Unterschiede zwischen Primär- und Sekundär-SystemenKommen wir zu wieder aufladbaren Batterien, auchSekundärbatterien, Akkumulatoren oder kurz Akkusgenannt. Hier lässt sich die verbrauchte chemischeEnergie durch einen Aufladevorgang wiederherstel-len. Dafür pumpt das Ladegerät die Elektroden vomPluspol zum Minuspol zurück, wobei die dazugehöri-gen entladenen Elektrodenmassen wieder aufgela-den und damit reaktiviert werden. Der Entlade-/Lade-vorgang lässt sich bis zu 1.000-mal wiederholen.Primärbatterien sind dagegen nur einmal entladbar.

Deutliche Unterschiede zwischen Primär- undSekundär-Systemen bestehen bei der spezifischen,speicherbaren Energie und Belastbarkeit sowie derSelbstentladung. So ist beispielsweise die gewichts-und volumenbezogene Energiedichte von Primärbat-terien in der Regel deutlich größer als die von Sekun-därbatterien. Energiedichte ist die in einer Batterieoder Zelle gespeicherte Energie. Sie wird entwederzur Masse (spezifische Energie – Wattstunden pro

Primärbatterien

Bezeichnung Spannung Besondere Merkmale Anwendungen

Zink-Kohle (ZnC) 1,5 Volt Für weniger anspruchsvolle Taschenlampen, Spielzeuge, Anwendungen Fernbedienung

Alkali-Mangan (AlMn) 1,5 Volt Wird hoher Stromanforderung Tragbare Audiogeräte,und Dauernutzung gerecht Fotoapparate, Spiele

Zink-Luft (Zn-Luft) 1,4 Volt Hohe Belastbarkeit Hörgeräte, Personenrufgeräte

Lithium (Li) 3,0 Volt Hohe Belastbarkeit, niedrige Fotoapparate mit hohem Strom-Selbstentladung bedarf (z. B. Blitz, automatischer

Filmtransport), elektronische Datenspeicher

Silberoxid (AgO) 1,55 Volt Hohe bis mittlere Belastbarkeit Uhren, Fotoapparate, Taschenrechner

Sekundärbatterien (Akkus)

Bezeichnung Spannung Besondere Merkmale Anwendungen

Nickel-Cadmium (NiCd) 1,2 Volt Sehr hohe Belastbarkeit, wieder Schnurlose Telefone, elektrischeaufladbar Zahnbürsten, Akkuwerkzeuge,

Notbeleuchtungen

Nickel-Metallhydrid (NiMH) 1,2 Volt Hohe Belastbarkeit, Handys, schnurlose Telefone, wieder aufladbar Camcorder, Rasierer

Lithium-Ionen (Li-Ion), 3,7 Volt Hohe Belastbarkeit, hohe Handys, Camcorder, Notebooks, Lithium-Polymer (Lithium-Polymer) Energiedichte, wieder aufladbar Organizer

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Gramm) oder zum Volumen (Energiedichte – Watt-stunden pro Kubikzentimeter) in Beziehung gesetzt.Bei der Belastbarkeit ist die Reihenfolge genau um-gekehrt: Hier weisen wieder aufladbare Systeme bessere Werte auf. Eine Ausnahme unter den wiederaufladbaren Systemen bezüglich ihres Energieinhaltsbilden Lithium-Ionen-Batterien. Diese können vonallen Akku-Systemen pro Volumen oder Gewicht ammeisten Energie speichern, und das für viele Male(Entladungen/Ladungen). Den höchsten Energieinhaltvon allen elektrochemischen Systemen bietet diealkalische Zink-Luft-Primärzelle. Selbstentladung ist bei Akkus deutlich höher als bei Primärbatterien.Eine Ausnahme sind Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien. Ihre Stärke ist eine geringereSelbstentladung bei gleichzeitig hohem Energieinhaltund hoher Belastbarkeit. Bei Primärbatterien ist dieelektrochemische Selbstentladung nicht nennens-wert. Sie liegt bei Raumtemperatur deutlich unterzwei Prozent pro Jahr. Parallel wirken jedoch nochVorgänge, die ihren inneren Widerstand währendder Lagerung erhöhen. Diese Vorgänge sind miteiner Abnahme ihrer Belastbarkeit verbunden. Be-merkbar macht sich der Verlust an nutzbarer Energienur bei hohen Belastungen (Motor-Anwendung,Blitzlicht). Dieser Effekt hat jedoch nichts mit derelektrochemischen Selbstentladung zu tun. Bei nied-rigen Entladeströmen ist der während der Lagerunggestiegene innere Widerstand nicht feststellbar.

Allgemeine IEC- IEC- ANSI- JIS-Norm Spannung Maße Bezeichnung Bezeichnung Bezeichnung Norm Alkaline/ in Volt in mm(Typ) Alkaline Zink-Kohle Zink-Kohle Batterie/Akku

Micro LR 3 R 3 AAA AM3 / UM3N 1,5 / 1,2 Ø 10,5x44,5

Mignon LR 6 R 6 AA AM4 / UM4N 1,5 / 1,2 Ø 14,5x50,5

Baby LR 14 R 14 C AM2 / UM2N 1,5 / 1,2 Ø 26,2x50,0

Mono LR 20 R 20 D AM1 / UM1N 1,5 / 1,2 Ø 34,2x61,5

9 V E-Block 6 LR 61 6 F 22 1604D 6AM6 / 006PN 9,0 / 8,4 26,5x17,5x48,5

LR6/R6

LR3/R3

LR14/R14

LR20/R20

6LR61/6F22

IEC: International Electrotechnical Commission

ANSI: American National Standards Institute

JIS: Japanese Industrial Standard

BezeichnungenDie kleinste elektrochemische Einheit einer Batterieheißt Zelle. Sie besitzt noch kein gebrauchsfertigesGehäuse, keine anschlusssicheren Kontakte und ist in der Regel durch Löt- oder Schweißkontakte mitder Nachbarzelle innerhalb der Batterie verbunden.

Eine Batterie ist an einem gebrauchsfertigen Gehäuse zu erkennen. Es verfügt über anschluss-sichere Kontakte und ist gekennzeichnet mit Her-steller- und Typangabe, Batteriespannung und wei-teren Angaben.

ZnC AlMn

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Zink-Kohle1860 erfand der französische Ingenieur GeorgesLeclanché (1839-1882) das Braunstein/Zink-Elementmit Salmiakelektrolyten. Von dem nach ihm be-nannten galvanischen Element werden noch heuteweltweit pro Jahr mehrere Milliarden Stück herge-stellt. Die klassische Zink-Kohle-Batterie ist nach wie vor eine günstige Alternative gegenüber Alkali-Mangan-Batterien oder wieder aufladbaren Batte-riesystemen. Steigende Ansprüche an Kapazität undLeistung verdrängen jedoch inzwischen langsamdiesen Batterietyp.

Das Zink-Kohle-Element müsste eigentlich „Braun-stein/Zink-System mit Salmiak- beziehungsweise mitZinkchlorid-Elektrolyten“ heißen. Statt dessen beziehtman sich in der Bezeichnung auf die Ableiter Kohlefür die positive Elektrode und Zink für die negativeElektrode. Aus Zink besteht gleichzeitig das negati-ve Elektrodenmaterial und das Zellengefäß. DasZink besitzt in diesem Fall eine Mehrfachfunktion.

Die positive Elektrode besteht aus einer Braun-stein-Masse mit einem zentral angeordneten Kohle-stift als Ableiter. Als Elektrolyt dient – je nach Sys-

tem – eine Salmiaksalz- odereine Zinkchloridlösung. Dashöherwertige System ist dasZinkchlorid-System.

Schon seit dem Zweiten Weltkrieg war bekannt,dass sich bei Batteriesystemen mit alkalischem Elek-trolyten relativ hohe Energiedichten bei relativ ho-her Belastbarkeit realisieren lassen. Damals versuch-ten Entwickler in den USA eine Braunstein/Zink-Zelle mit alkalischem Elektrolyten zu bauen. DieserZellentyp war zuerst nur für den militärischenBereich gedacht. Anfangder siebziger Jahre fand er einen geringen Verbrei-tungsgrad im zivilenMarkt.

Primärbatterie-SystemDie Technik und die Produktion der

AbdecknapfIsolierhülsemit Boden-

scheibe

Zinkbecher(Anode) Braunstein

(Kathode)

Kohlestift

Heißbitumen

PappscheibePositiver Pol

Negativer Pol

Zink-Gel(Anode)

Separator

Ableiternagel

Braunstein(Kathode)Stahlbecher

Positiver Pol

Kunststoff-dichtung

Negativer Pol

Berstmembran

Alkali-Mangan

ZnLuft

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Dieses Bild hat sich inzwischen total gewandelt. Seit Mitte der achtziger Jahre hat die alkalischeRundzelle absatzmäßig die Zink-Kohle-Zelle erst-malig in Europa überflügelt.

Die Alkali-Mangan-Batterie müsste richtiger als„Braunstein/Zink-Zelle mit alkalischem Elektrolyten“bezeichnet werden, da weder Alkalien noch Man-gan ihre aktiven Materialien darstellen. Bei diesemSystem wird Kaliumhydroxid als Elektrolyt verwen-det. Die Anode besteht aus einem Gelkern mit ge-löstem Zinkpulver, die Kathode aus einer Schichtaus Manganoxid und Grafit.

e

Negativer Pol

Kunststoff-dichtring

Positiver Pol(Kathode)

Luftloch

FilterpapierMasse

Zinkpulver(Anode)

Netz

Separator

Teflonfolie

Viele netzunabhängige Geräte wie MP3-Player,Organizer (PDA), digitale Fotoapparate und Cam-corder, tragbare CD-Spieler oder Telefone verlangenheute nach hochwertigen Batterien mit besondersgroßen Stromreserven. Für Hochstromanwendun-gen sind heute verbesserte Alkali-Mangan-Batterienerhältlich. Die verstärkte Kraft kommt durch mehraktive Masse einer dickeren Kathode in einemgrößeren Zelleninnen-Volumen und einem verbes-serten Elektrolyten mit hoher Leitfähigkeit. Dieseverbesserten Alkali-Mangan-Batterien leisten bis zu15-mal mehr als vergleichbare Zink-Kohle-Batterien.

Zink-LuftIn Batterien dieses Typs reagiert Luftsauerstoffzusammen mit einer katalytischen Kathode undeiner Zinkanode. Da die Kathode (positiver Pol) sehrdünn ist, steht dem Anodenmaterial (Zinkpulver)sehr viel Platz zur Verfügung. Dadurch erreichen diealkalischen Zink-Luft-Zellen von allen elektrochemi-schen Systemen die höchste Energiedichte und diehöchste spezifische Energie und Kapazität. Ein typi-sches Einsatzgebiet sind Hörgeräte. Sie erfordernkleinste Abmessungen, hohe Kapazitäten und eineflache Entladungskurve.

Zink-Luft-Systeme sind im aktivierten Zustand(Klebefolie abgezogen, Luftöffnungen frei) nurbegrenzt lagerfähig. Daher ist es erforderlich, sie biszum Gebrauch luftdicht verschlossen zu halten.Nach Abziehen der Folie sollte die Zelle in einemZeitraum vom maximal 500 Stunden entladen wer-den. Dieses gilt insbesondere bei ihrem Betrieb introckener Atmosphäre (beheizte Räume), da sie hier

relativ schnell austrocknen kön-nen. Im versiegelten Zustandsind Zink-Luft-Batterien nahezuunbegrenzt lagerfähig.

LiMnO2

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Lithium-MangandioxidDie Forscher und Entwickler haben im letzten Jahr-hundert so ziemlich alle denkbaren Elektrodenkom-binationen und Elektrolyte untersucht. Ein ganz be-sonderes Interesse galt dem Lithium als leichtemMetall zum Einsatz als negative Elektrode.

Von Anfang an kannten die Entwickler die Pro-blematik: Es galt eine geeignete positive Elektrodezur negativen Lithiumelektrode zu finden. Außer-dem ist der Umgang mit Lithium schwierig. Es reagiert mit feuchter Luft und besonders intensivmit Wasser. Schon bei 180 °C schmilzt es. Auf-grund der heftigen Reaktionsfähigkeit des Lithiumsmit Wasser werden in den Zellen nur wasserfreieMaterialien verwendet. Im Gegensatz zu denherkömmlichen Batteriesystemen kommenauch nur wasserfreie Elektrolyte zum Ein-satz. Sie bestehen vielfach aus organischenund anorganischen Lösungsmitteln. Zusätzebestimmter Salze fördern die Leitfähigkeit.

Mehrere Lithium-Systeme sind heute verfügbar.Von allen am weitesten verbreitet ist das Lithium-Mangandioxid-System. Die negative Elektrodebesteht hier aus Lithium und die positive Elektrodeaus Mangandioxid.

Die Vorteile der Lithium-Zellen sind: hohe Span-nungslage, hohe Energiedichte, flache Entladekur-ven, sehr gutes Lagerverhalten und ein weiter nutz-barer Temperaturbereich. Sie sind in allen Baufor-men erhältlich. Aufgrund der geringen Selbstentladung

Negativer Pol

Kunststoff-dichtring

Zinkpulver(Anode)Quellblatt

Silberoxid(Kathode)

StützringPositiver Pol

Separator

AgOSilberoxidDieses System wird überwiegend als Knopfzelle biszu den kleinsten Abmessungen gefertigt. Es ähneltim Aufbau den Alkali-Mangan-Zellen. Anstelle vonBraunstein dient Silberoxid in Tablettenform alsKathodenmaterial. Die Anode besteht aus Zink-pulver.

Batterien dieser Art benötigen sehr teure Roh-stoffe. Ihr Einsatz ist daher auf Anwendungen be-schränkt geblieben, die auf kleinstem Raum eineBatterie mit hohem Energieinhalt und hoher Belast-barkeit benötigen.

Negativer Pol

Kunststoff-dichtring

Organischer Elekt(Separator)

Mangandioxid(Kathode)

Stützring

Positiver Pol

Lithium(Anode)

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eignen sich Lithium-Batterien für Langzeitanwen-dungen in der Elektronik, Telekommunikation undim Messwesen.

Darüber hinaus kommen sie häufig für Fotoan-wendungen zum Einsatz. Mit ihrer Energie funktio-nieren bei modernen Fotoapparaten der automati-sche Filmtransport, die Belichtungskontrolle sowiedas Blitzlicht.

Eine neue Entwicklung ist die ultra-dünneLithium-Flachzelle, auch Lithium-Papierzelle genannt.Diese Batterie misst weniger als 0,4 Millimeter undpasst perfekt in scheckkartengroße, intelligenteSmart-Cards. Das sind aktive Karten mit batterie-betriebenem Mikrochip sowie integriertem Display.Ohne Batterie in der Karte sind die so genanntenTransponderfunktionen über größere Entfernungennicht möglich. „Transponder“ setzt sich zusammenaus Transmitter (Sender) und Responder (Beant-worter). Das öffnet nicht nur Türen. Eine kleineSmart-Card kann den gesamten Zahlungsverkehrabwickeln. Egal, ob Fahrscheine im Personennah-

verkehr, Flugtickets, Autobahn- oder Parkgebührenbezahlt werden müssen, ob beim Einchecken aufdem Flughafen oder im Hotel: Die „smarte Karte“übernimmt für ihren Besitzer all diese Verpflichtun-gen. Die neue Flachzelle ist auch ideal geeignet fürandere Anwendungen, bei denen sehr niedrigeBauhöhen flache Batterien erfordern.

Lithium-Papierzelle für

Smart-Card-Anwendungen

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Sekundärbatterie-SystDie Technik und die Produktion der

Entleerung entstehen an der negativen Elektrodebestimmte metallische Kristalle. Dadurch verringertsich die verfügbare Kapazität der negativen Elektrodebei gegebener Belastung immer mehr, so dass derAkku nur noch wenige Minuten die nötige Spannungliefert. Jetzt empfiehlt sich, auf keinen Fall vorsorg-lich nachzuladen, sondern den Energiespeicher soweit zu entleeren, bis das Gerät nicht mehr funk-tioniert. Dann ist die so genannte Geräte-Abschalt-spannung erreicht und der Ladevorgang kann be-ginnen. Ein Akku kann auf einfache Weise entladenwerden, indem man das Gerät so lange betreibt, bisdieses nicht mehr genügend Spannung erhält. Bes-ser ist es jedoch, ein Ladegerät mit Entladefunktionzu verwenden.

Ist ein NiCd-Akku einmal durch den klassischenMemory-Effekt lahmgelegt, kann er durch vollstän-dige Entladung mit einem speziellen „Refreshing“-Gerät wieder reaktiviert werden. Der klassischeMemory-Effekt ist also reversibel. Moderne Lade-geräte vermeiden den Memory-Effekt durch exakteMessung des Ladezustands von der eigentlichenLadung bis zur maximalen Kapazitätsgrenze.

Entladezeit (t)

Span

nu

ng

(U)

Minimale Spannungfür den Gerätebetrieb

(Geräte-Abschaltspannung)

Verlorene Zeitspannefür den Gerätebetrieb

Positiver Pol

Negativer Pol

Dichtung

Ableiter

Cadmium(Anode)

Nickelhydroxid(Kathode)

Separator

Gummidichtung

Kapazitätsverlust durch

klassischen Memory-Effekt

NiCdNickel-CadmiumDie aktiven Komponenten von NiCd-Akkumulato-

ren sind im geladenen Zustand Nickelhydroxid inder positiven Elektrode und Cadmium in der nega-tiven Elektrode. Der Elektrolyt besteht aus Kalium-hydroxid.

Die Vorteile dieses Batteriesystems, auch gegen-über neueren Akku-Systemen, sind hohe Belastbar-keit, Schnellladefähigkeit und Kältefestigkeit bis minus 15 °C. Ein Nachteil ist der relativ geringeEnergieinhalt gegenüber alkalischen und Lithium-Primärsystemen. Außerdem kann es zum „Memory-Effekt“ kommen.

Der klassische Memory-Effekt hat mit den Eigen-schaften der negativen Cadmium-Elektrode zu tun,tritt also nur bei Nickel-Cadmium-Akkus auf. Er istein Phänomen, das die Akkus bei falscher Handha-bung schnell außer Gefecht setzen kann. Die tech-nische Erklärung: Bei einer Dauerladung mit niedrigenStrömen oder bei Aufladung vor der vollständigen

NiMH

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eme

Nickel-MetallhydridBatterien dieses Systems bestehen aus den folgen-den Hauptkomponenten (geladener Zustand): einerpositiven Elektrode aus Nickelhy-droxid, einer negativen Elektrodeaus einer Wasserstoff speichern-den Legierung und einem alkali-schen Elektrolyt. Der wesentlicheUnterschied zwischen NiMH- undNiCd-Batterien besteht darin, dass das Cadmiumvollständig durch eine Wasserstoff speicherndeLegierung ersetzt ist. Die Energiedichte pro Volu-men ist für NiMH-Akkus höher als bei herkömmli-chen NiCd-Akkus. Sie kommen für fast alle Anwen-dungen als Ersatz für das NiCd-System infrage. Derprinzipielle Aufbau beider Batteriesysteme ist iden-tisch.

Bei der NiMH-Technologie kann ein Lazy-Battery-Effekt vergleichbar mit dem klassischen Memory-Effekt auftreten. Dieser lässt sich ebenfalls wiedervollständig beseitigen. Die Ursachen sind im Prinzipdie gleichen wie beim klassischen Memory-Effekt(Dauerladungen beziehungsweise nur Teilentladun-gen), wirken sich aber auf die positive Nickelhy-droxid-Elektrode aus. Die Entladespannung sinkthier nur geringfügig ab, zudem gibt es die gleicheeinfache Verjüngungskur: Den Akku von Zeit zu Zeitkomplett entladen und dann wieder aufladen. Ambesten zwei- bis dreimal hintereinander. Für diesenVorgang ist ein Ladegerät mit Entladefunktion vonVorteil. So lassen sich die Folgen des Lazy-Battery-Effekts vollständig beseitigen und der Akku erhältseine alte Leistungsfähigkeit zurück.

Der Lazy-Battery-Effekt ist weit weniger gravierendals der klassische Memory-Effekt. Die Spannungliegt zwar etwas tiefer als normal, die Nutzungs-dauer bleibt jedoch fast vollkommen erhalten. Wiebeim klassischen Memory-Effekt nimmt der Akkuauch hier keinen Schaden.

Lazy-Battery-Effekt:

Vorübergehende Kapazitätsminderung

Entladezeit (t)

Span

nu

ng

(U)

Minimale Spannungfür den Gerätebetrieb

(Geräte-Abschaltspannung)

Verlorene Zeitspannefür den Gerätebetrieb

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Batterien zu entwickeln. Heute sind Lithium-Ionen-Batterien für viele Einsatzzwecke das System derWahl, wenn es auf hohe Energiedichten ankommt.Hauptanwendungen sind Telekommunikation und tragbare Computer. Als Großbatterie findenLithium-Ionen-Systeme ihren Einsatz in Hybridfahr-zeugen oder in Fahrzeugen mit neuen Bordnetzen.

Lithium-Ionen-Akkus sind nicht kompatibel zuNiCd- oder NiMH-Akkus. Sie erfordern eine spe-zielle Ladetechnik und ein besonderesZellenmanagement.

Li-IonLithium-IonenDiese Batterien besitzen von allenwieder aufladbaren Systemen diehöchste Energiedichte und könnendaher am meisten Energie abgeben,bezogen auf ein bestimmtes Volu-men oder Gewicht. Wie bei anderenSekundär-Systemen hängt die Zyklendauer von derAnwendung ab.

Nicht wieder aufladbare Lithium-Batterien sindbereits seit über 20 Jahren im Handel. Ein wesent-liches Anwendungsbeispiel liegt im Fotobereich(Hochstromanwendung). Die Batterien können beiAnwendungen im Niedrigstrombereich eine Lebens-dauer von über zehn Jahren erreichen. Schon sehrfrüh versuchte man, wieder aufladbare Lithium-

Negativer PolDichtungÜberdruckventil

AbleiterDeckel

Abstandhalter

Positiver Pol

Lithiumverbindungen(Kathode)

Graphitverbindungen(Anode)

Separator

Graphitverbindungen(Anode)

Lithiumverbindungen(Kathode)

Laminierter Film

Li-Polymer

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Lithium-PolymerSeit Jahren arbeiten Wissenschaft und Industrie ander Entwicklung fester Polymerelektrolyte, die kon-ventionelle flüssige organische Elektrolyte ersetzensollen und einen klassischen Separator überflüssigmachen. Zellen in Polymertechnik sind wieder auf-ladbar. Sie verfügen über eine hohe Energiedichte.Da sie keinen freien, flüssigen Elektrolyten besitzen,sind sie absolut auslaufsicher.

Anstelle von Metallgefäßen als Zellengehäusefinden Aluminium- oder metallisierte Kunststoff-folien Verwendung. Es lassen sich beliebige Formenrealisieren, um beispielsweise in Ge-räten Hohlräume zu nutzen. Auchbesonders flache, folienähnliche An-ordnungen sind möglich.

Die formbaren Lithium-

Polymer-Batterien lassen

sich leicht an das Design

eines Handys oder

Laptops anpassen

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Die

BatterieverordnungDie Batterieverordnung (Verordnung über die Rück-nahme und Entsorgung gebrauchter Batterien undAkkumulatoren (BattV) vom 27. März 1998) trat inzwei Schritten in Kraft: Der erste Schritt betraf dieKennzeichnungsvorschriften und Verbote des In-Verkehr-Bringens bestimmter schadstoffhaltigerBatterien. Sie gelten seit dem 1. April 1998 und sindeine direkte Umsetzung der EG-Richtlinie.

Der zweite Schritt betraf die Pflichten der Her-steller, Importeure, Vertreiber, öffentlich-rechtlichenEntsorgungsträger (ÖRE) und Endverbraucher undwird seit dem 1.Oktober 1998 von diesen umge-setzt. Batterien dürfen nicht mehr in den Hausmüll,unabhängig vom elektrochemischen System undSchadstoffgehalt. Der Verbraucher ist der erste inder Rücknahmekette: Er muss gebrauchte Batteriendem Vertreiber zurückgeben, also dem Batterie-verkäufer oder dem öffentlich-rechtlichen Entsor-gungsträger.

Die Vertreiber und die öffentlich-rechtlichen Ent-sorgungsträger (Kreise und kreisfreie Städte) sinddie zweiten in der Rücknahmekette. Sie haben eineunentgeltliche Rücknahmepflicht, und zwar unab-hängig von der Marke und dem System.

Hersteller und Importeure von Batterien habennun wiederum die Pflicht, Vertreiber und öffent-lich-rechtliche Entsorgungsträger mit geeignetenSammelbehältern auszustatten und die gesam-melten Gerätebatterien unentgeltlich zurückzu-nehmen.

Um diese umfassende Rücknahme zu ge-währleisten, bietet die Batterieverordnung denHerstellern und Importeuren zwei Möglichkeiten:Entweder sie installieren ein individuelles Rück-

nahmesystem für ihre Batterien oder sie schließensich einem gemeinsamen Rücknahmesystem an.

Obwohl erst seit einigen Jahren in Kraft, ist dieBatterieverordnung bereits überarbeitet worden.Diese Novellierung der Batterieverordnung betrifft inerster Linie das Verbot des In-Verkehr-Bringens von

Stiftung GRS BatterienDie Batterieverordnung sieht ein gemeinsamesRücknahmesystem der Hersteller vor. Die StiftungGemeinsames Rücknahmesystem Batterien (GRSBatterien) ist eine Non-Profit-Organisation. Siewurde gegründet von den Firmen: Duracell, Ener-gizer, Panasonic, Philips, Saft, Sanyo, Sony, Vartaund dem Zentralverband der Elektrotechnik- undElektronikindustrie (ZVEI). Im Mai 1998 genehmigteder Senat der Freien Hansestadt Hamburg die Stif-tung.

Zwischenzeitlich nutzen mehr als 400 Herstellerund Importeure das GRS Batterien. Sie bezahleneinen Entsorgungsbeitrag für ihre in Deutschland in Verkehr gebrachten Batterien, abhängig vonGewicht und System.

Vertreiber, gewerbliche und industrielle Verbrau-cher und öffentlich-rechtliche Entsorgungsträger(ÖRE) erhalten von der Stiftung unentgeltlich Sam-mel- und Transportbehälter. GRS Batterien organi-siert den Transport, die Sortierung und die nachfol-gende Entsorgung. Mit der umfangreichen Doku-mentation gegenüber den Landesbehörden über-nimmt GRS Batterien ebenfalls die Erfolgskontrolle.

Entsorgung

Hg

Batterien mit einem Quecksilbergehalt von mehr als 5 ppm Hg. Hierin eingeschlossen sind auch Batte-rien, die in Geräten eingebaut sind. Knopfzellen dür-fen noch bis zu zwei Prozent Quecksilber enthalten.

Handel Gewerbe ÖRE

Sortierung

Der Weg der verbrauchten Batterie

Logistik

Beseitigung Verwertung

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SortierverfahrenVor der Verwertung ist es notwendig, die eingesam-melten Batterien nach den unterschiedlichen elek-trochemischen Systemen zu sortieren. Zurzeit gibtes in Deutschland zwei verschiedene Sortierverfah-ren.

Das von der europäischen Batterieindustrie mit-entwickelte elektromagnetische Verfahren nutztden „elektrodynamischen Fingerabdruck“, um einSystem zu erkennen. Die Anlage sortiert zuerst nachGrößen und trennt die Batterien dann in „magneti-sche“ (rund 85 Prozent) und „nicht magnetische“(rund 15 Prozent). Anschließend passieren diemagnetischen Rundzellen einen Sensor. Dieserbesteht aus einer Spule, durch die ein Strom fließtund ein Magnetfeld erzeugt. Je nachdem, welcheselektrochemische System gerade den Sensor pas-siert, verändert sich das Magnetfeld. Anhand dieserVeränderung wird mit einer Geschwindigkeit bis zuacht Batterien pro Sekunde das jeweilige Batterie-system erkannt.

Beim Röntgen-Verfahren passieren die Batteriennach der Größensortierung einen Röntgensensor.Anhand der Graustufung des Röntgenbildes lässtsich das System erkennen. Die Sortiergeschwindig-keit beträgt bis zu zehn Batterien pro Sekunde.

Unabhängig davon, nach welchem Verfahren dieBatterien in die unterschiedlichen Systeme aufgeteiltwurden, durchlaufen alle Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien anschließend einen UV-Sensor. Be-reits seit Ende der 90er Jahre kodieren die großenBatteriehersteller die quecksilberfreien AlMn- undeinen Teil der ZnC-Batterien mit einem UV-sensiblenPigment. Durchlaufen nun solche kodierten Batte-rien den UV-Detektor, werden sie als quecksilberfreierkannt. So ist eine Trennung zwischen quecksilber-freien und quecksilberhaltigen Batterien möglich.Das ist wichtig für eine nachfolgende Verwertung.Quecksilberfreie AlMn- und ZnC-Batterien lassensich ökonomisch und ökologisch sinnvoll recyceln.

Automatische Sortieranlage

der Trienekens AG

Sammelbehälter des

GRS Batterien

Noch befinden sich jedoch relativ viele quecksilber-haltige beziehungsweise ältere, nicht kodierte Bat-terien im Abfallstrom. Aus diesem Grund lassen sichzurzeit noch nicht alle Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien verwerten. Diese müssen auf Son-derabfalldeponien beseitigt werden.

Quecksilbergehaltppm

1998

Verwertungsquote%

20051999 2000 2001 2002 2003 2004

20

200

50

100

Prominente machen mit:

Boxweltmeister

Dr. Wladimir Klitschko

wirbt für GRS Batterien

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Verwertungsverfahren Die Industrie nutzt heute unterschiedliche metallur-gische Verfahren zur Verwertung von Alkali-Man-gan-, Zink-Kohle- und Zink-Luft-Batterien. Als Bei-spiele sind nachfolgend zwei Methoden beschrie-ben: Das Imperial-Smelting-Verfahren und die Ver-wertung im Elektrostahlofen. Zurzeit laufen Versu-che, Batterien auch nach anderen metallurgischenVerfahren zu verwerten, beispielsweise im Blasstahl-ofen oder im Wälzofen.

• Zink-Kohle und Alkali-ManganMit dem Imperial-Smelting-Verfahren lässt sich auszinkhaltigen Vorstoffen Zink zurückgewinnen. Dieunzerkleinerten Batterien gelangen direkt in denSchachtofen. Hier werden aus den unterschiedlichs-ten in den Prozess eingebrachten Materialien ineinem Schritt gleichzeitig Zink und Blei (nicht ausBatterien) als Metalle erzeugt. Während Blei unddie bei dem Prozess anfallende Schlacke gemein-sam flüssig abgestochen und erst später getrennt

werden, ist das Zink im Ofenschacht dampfförmigund wird mit dem Gichtgas ausgetragen. Imanschließenden Kondensor wird das zinkbeladeneGichtgas durch fein versprühtes Blei abgekühlt. DasZink kondensiert an den Bleitröpfchen. Dieses Bleiwird aus dem Kondensor gepumpt und in einerKühlrinne abgekühlt. Am Ende dieser Kühlstreckeliegen beide Metalle, Zink und Blei, flüssig neben-einander vor. Anschließend fließt das Blei zurück inden Kondensor und kann erneut Zink aufnehmen.Das Zink wird flüssig abgestochen und der Raffina-tion zugeführt.

Im Elektrostahlofen lässt sich das Zink als Zinkstaubzurückgewinnen. Im Wälzofen erfolgt die Weiter-verarbeitung zu reinem Zink. Eventuell anfallendeSchlacke kommt im Wegebau zum Einsatz. Dieelektrische Beheizung erfolgt durch einen zwischenzwei Kohleelektroden gebildeten Lichtbogen oderdurch Widerstandsheizung. Verunreinigungen durchBrennstoffe und Feuerungsgase können nicht auf-treten. Deshalb zeichnet sich der aus Elektroöfengewonnene flüssige Stahl, Flussstahl genannt,durch große Reinheit aus.

• KnopfzellenGegenwärtig existieren in Deutschland mehrereAnlagen zur Aufbereitung quecksilberhaltigerKnopfzellen. Einige davon arbeiten nach dem Ver-fahren der Firma ALD. Diese Technik wird vorzugs-weise eingesetzt, um Quecksilber aus quecksilber-haltigen Bauteilen zurückzugewinnen.

Anteile verwertbarer Materialien in Batterien

Sonstiges

Kohlenstoff

Mangan

ZinkStahlVerwertbar

Nicht verwertbar15 % 20 %

20 %

10 %

35 %

AlMn +ZnC

Stahl

Zink-haltigerStaub

Zink

Manganin Schlacke

(Verwendung imWegebau)

Elektro-Stahlofen

Wälzofen

AlMn +ZnC

Sinter,Briketts

Stäube

Blei(Bleihütte)

Kühlrinne

Imperial-Smelting-Verfahren

Schachtofen

Schlacke(Wegebau)

Zink(Raffination)

VerdampferKondenser

Blei und Schlacke

gasförmiges ZinkBlei

Pb

Zn

Zn

PbZn

Zn

Zn

Zn

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Beim ALD-Verfahren erfolgt die Behandlung derquecksilberhaltigen Abfälle vakuothermisch. Dieserfolgt in speziellen, hermetisch verschlossenenAnlagen. Bei Temperaturen zwischen 350 °C und650 °C und Drücken von 0,1 bis 700 Millibar ver-dampft das enthaltene Quecksilber und kondensiertanschließend bei niedrigen Temperaturen. Danachist es möglich, das Quecksilber wieder dem Ferti-gungskreislauf zuzuführen.

• Nickel-CadmiumFür das Recycling verbrauchter Nickel-Cadmium-Akkumulatoren (NiCd) sind bislang nur thermischeVerfahren von Bedeutung. Unter Vakuum (ALD)oder in einer Inertatmosphäre wird das Cadmiumabdestilliert und das zurückbleibende Stahl-Nickel-Gemisch an die Edelstahlindustrie verkauft. Dasrecycelte Cadmium findet in der Regel erneut Ver-wendung bei der Herstellung von NiCd-Batterien.

• Nickel-MetallhydridDer Schwerpunkt beim Verfahren des Nickel-Metall-hydrid-Recyclings liegt bei der Rückgewinnung vonNickel. Hier ist es möglich, dass sich Wasserstoffbeim Zerkleinern der NiMH-Batterien freisetzt. Des-halb muss die Verarbeitung im Vakuum stattfinden.Über eine Vakuumschleuse kommen die Batterienin eine Schneidkammer. Messer öffnen das Gehäu-se, der gespeicherte Wasserstoff entweicht undwird kontinuierlich abgeführt.

Anschließend gelangen die zerkleinerten Batteri-en in einen Sammelbehälter. Ein Sensor überwachtdie „Beruhigungszeit“. Es folgt dann die Belüftungmit Inertgas. Nach Trennung der enthaltenen Kunst-stoffe entsteht ein nickelhaltiges Produkt. Dies istein wichtiger Legierungsbestandteil in der Stahlpro-duktion.

• LithiumDie Wiederverwertung dieses sehr reaktiven Metallserfolgt durch vakuumdestillative Verfahren. Wichtigist hierbei die Wiedergewinnung der Metalle wieNickel und Eisen. Das Lithium dient bei dem Ver-wertungsprozess als Reduktionsmittel.

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien erfolgtheute noch im Pilotverfahren. Die metallischen Elek-trodenträger und der kobalthaltige Feinanteil werdengetrennt und an die Metall produzierende Industrieals Rohstoff verkauft.

NiCd-AkkusProduktions-

abfälle(Cd-haltig)

NiCd-Industrie-

akkumulatoren

AutomatischeZerlegung

Vorbereitung /Chargierung

CadmiumNickel

KunststoffeEisen

Nickel

ALD-Verfahren

2001...2005...220

Der

Der Einsatz von Gerätebatterien, ob als Primärsys-teme oder Akkus, nimmt weltweit deutlich zu.Immer neue elektronische Geräte, die unabhängigvon der Steckdose verfügbar sein sollen, kommenauf den Markt. MP3-Player und Handy werdennicht die letzten sein.

Gleichwohl wird der chemische EnergiespeicherBatterie nicht zuletzt vor dem Hintergrund dereuropäischen Umweltpolitik kritisch betrachtet.Denn Batterien enthalten zur Speicherung elektri-scher Energie chemische Substanzen, die zum Teilumweltrelevant sind. Die Batterieindustrie ist sichdieser Herausforderung bewusst und hat bereits inder Vergangenheit Maßnahmen ergriffen, um Pro-duktion, Gebrauch und Entsorgung umweltverträg-lich zu gestalten. Hierbei konzentriert sie sich nichtallein auf den Lebenszyklus verkaufter Batterien: Sie treibt vor allem die Entwicklung noch leistungs-fähigerer Batteriesysteme voran.

Zum Umweltschutz gehört auch, dass verbrauchteBatterien nicht über den Hausmüll entsorgt werdendürfen; dies schreibt die deutsche Batterieverord-nung vor. Verbrauchte Batterien gehören in dieSammelbehälter des GRS Batterien, die überall dortvorhanden sind, wo Batterien verkauft werden. Hierist das aktive Engagement der Verbraucher gefor-dert.

Wie werden die Batterien der nahen Zukunftaussehen? Zu einem großem Teil sicherlich so wieheute. Die Leistungsdichte wird noch ansteigen undgleichzeitig wird sich das Volumen bei gleicher Leis-tung weiter verringern. Für neue Anwendungen wieScheckkarten mit besonderen Sicherheitsanforde-rungen werden extrem flache Batterien zum Einsatzkommen und in weitere Bereiche vordringen. Vorallem werden die wieder aufladbaren Lithiumsys-teme, wie zum Beispiel der Lithium-Polymer-Akku,zunehmend wichtiger und weiter entwickelt.

Ausblick

Flexibler Armreif mit integrierter

Uhr und SMS-Display

BATT-Man sagt: Bring verbrauchte

Energie zurück

010...2015...202021

Doch auch neue Stoffzusammensetzungen sind zuerwarten: So sind Hochleistungsbatterien in der Er-forschung, die natürliche organische Verbindungennutzen und am Lebensende biologisch abbaubarsind. Auch völlig andere Stromquellen für derzeitnoch ungewöhnliche Anwendungen werden ent-wickelt. Man denke hier nur an zukünftige Klei-dung mit Oberflächen aus flexiblen Solarzellen-materialien.

Ebenfalls könnte zu der wieder aufladbarenBatterie die Brennstoffzelle in Wettbewerb treten.Schon heute sind Miniaturbrennstoffzellen zurEnergieversorgung von Notebooks im Entwicklungs-stadium. Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle(DMFC), ausgerüstet mit nachgeschaltetem DC-DC-Wandler zur Anpassung der Versorgungsspan-nung und betrieben mit kleinen Methanol-Ampul-len, wird eines Tages für ein breites Anwendungs-

spektrum parallel zur Batterie zur Verfügung stehen.Aufgrund der enthaltenen Wertstoffe wird manauch verbrauchte Brennstoffzellen sammeln undverwerten können. Doch bis dahin werden nocheinige Jahre vergehen, in denen die Batterie kon-kurrenzlos und einmalig als Speicher für elektrischeEnergie bleiben wird.

„Intelligente“ Kleidung der Zukunft

Miniaturbrennstoffzelle für Kleingeräte

22

* Bei einem Primärelement ist die negative Elektrode immer

die Anode und die positive Elektrode immer die Kathode.

Gleiches trifft beim Akku nur bei der Entladung zu.

Inertgas, reaktionsträges Edelgas.

Ion, elektrisch geladenes Teilchen.

Kathode, Bezeichnung für die positive Elektrodejeder elektrochemischen Stromquelle während derEntladung*. Bei geladenen Batterien/Akkus bestehtdie Kathode aus einem Metalloxid.

Primärbatterie, einmal entladbare Batterie.

Reduktion, im weiteren Sinne die Aufnahme vonElektronen, wie der Übergang eines Metall-Ions inden elementaren Zustand oder in eine niedrigereWertigkeitsstufe. Beispiel: Bei der Entladung wirddie positive Elektrodenmasse reduziert, das heißt sie„saugt Elektronen auf“.

Sekundärbatterie, wieder aufladbare Batterie.

Selbstentladung, Kapazitätsverlust einer Zellewährend der Lagerung. Die Höhe der Selbstentla-dung wird von der Umgebungstemperatur beein-flusst.

vakuumdestillativ, temperaturabhängige Abtren-nung der einzelnen Anteile eines Stoffgemisches imVakuum.

vakuothermisch, thermische Behandlung in sauer-stofffreier Atmosphäre.

Glossar

Aktive Masse, das Material in den Elektroden, dasan den Lade- und Entladereaktionen teilnimmt.

Anode, negative Elektrode jeder elektrochemischenStromquelle während der Entladung*. Bei Batterienbesteht die Anode aus einem Metall, beispielsweiseZink oder Blei, das bei Entladung „kalt verbrannt“wird, das heißt es wird oxidiert.

DC-DC-Wandler, elektronische Schaltung, die eineGleichspannungsanpassung vornimmt.

Elektrode, meistens ein metallischer Leiter, derdazu dient, elektrische Ladungsträger in eine Flüs-sigkeit, in ein Gas, ins Vakuum oder auf die Ober-fläche eines festen Körpers zu leiten, zum Beispielbei der Elektrolyse.

Elektrolyse, das Zerlegen einer Ionen leitendenFlüssigkeit (Elektrolyt) bei Anlegen einer ausrei-chend hohen Spannung. Die Elektrolyseprodukteeines wässrigen Systems sind die Gase Wasserstoffund Sauerstoff.

Elektrolyt, Ionen leitende Flüssigkeit, die im Innernder Batterie/des Akkus den funktionsnotwendigenLadungs- und Stofftransport zwischen den Elektro-den sicherstellt. Zum Einsatz kommen flüssige,pastöse oder feste Elektrolyte.

Elektron, negativ geladenes Teilchen.

Der

Anhang

23

Impressum

Herausgeber: Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem BatterienHeidenkampsweg 4420097 Hamburgwww.grs-batterien.de

Die Stiftung Gemeinsames RücknahmesystemBatterien wurde gegründet von den Batterieher-stellern Duracell, Energizer Deutschland GmbH,Panasonic Industrial Europe GmbH, Philips LichtGmbH, Saft GmbH, Sanyo Energy (Europe) Corpo-rate GmbH, Sony Deutschland GmbH, VARTA Ge-rätebatterie GmbH und dem ZVEI (ZentralverbandElektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.)

Autoren: Elke Döhring-Nisar, VARTA AGDr. Reiner Korthauer, ZVEINicole Knudsen, GRSHelmut Siegmann, Panasonic

Layout: Frank Loeser

Abbildungen: Seite 5: Deutsches Museum München, VartaSeite 7: VartaSeite 8: Varta, Panasonic, Zefa, Loewe, HandspringSeite 9: Panasonic, VartaSeite 10: Citizen, Bayer, Varta, SharpSeite 11: Varta, Panasonic, Hewlett PackardSeite 12: Varta, Philips, BoschSeite 13: Siemens, Philips, Psion, KressSeite 14: Varta, Nokia, PsionSeite 15: Nokia, Ericsson, Hewlett-Packard,

Panasonic, AcerSeite 16: GRSSeite 17: GRS, TrienekensSeite 19: AccurecSeite 20: GRS, Fraunhofer ISESeite 21: Fraunhofer ISE, Klaus Steilmann Institut

Quellen

Berndt, D.: Die Entwicklung der Batterie, Hannover,1998

Verordnung über die Rücknahme und Entsorgunggebrauchter Batterien und Akkumulatoren – Batte-rieverordnung vom 27. März 1998 und erste Ver-ordnung zur Änderung der Batterieverordnung vom26. Juni 2001

Richtlinie 98/101/EG zur Anpassung der Richtlinie91/157/EWG

Kiehne, H.-A.: Entsorgung verbrauchter Gerätebat-terien, 1996

Fricke, J./Knudsen, N.: Entsorgung und Verwertungverbrauchter Batterien, Hamburg, 2001

Abkürzungen

AgO, SilberoxidAlMn, Alkali-ManganBattV, Verordnung über die Rücknahme und Entsorgung gebrauchter Batterien und Akkumu-latorenHg-frei, quecksilberfreiHg-haltig, quecksilberhaltigHgO, QuecksilberoxidLi, primär, Lithium, nicht wieder aufladbarLi-Ion, Lithium-Ion, wieder aufladbarNiCd, Nickel-CadmiumNiMH, Nickel-Metallhydridppm, parts per million (zum Beispiel ein Milligrammpro Tonne) SMS, Short Message ServiceZn-Luft, Zink-LuftZnC, Zink-Kohle

T H E B A T T E R Y C O M P A N Y

Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien