Lexikon Knopfzelle

Eine Knopfzelle ist in der Elektrotechnik eine elektrochemische Zelle (umgangssprachlich Batterie^[1]) mit runder flacher Bauform 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)

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, wie z. B. 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. Aber auch CR2016, CR2025 usw. sind häufig verwendete Lithium-Knopfzellen, die in kleineren elektronischen Geräten und in vielen Autoschlüsseln eingesetzt werden.

Ausgelaufene Alkali-Mangan-Batterie

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 diese 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).

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.

Spannung

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

Die Spannung einer Knopfzelle ist nur 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.

Aufbau der Modellnummern

Lithium Knopfzellen

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 und die letzten Ziffen die Dicke in 1/10 mm. 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) und die letzten Ziffen die Dicke in 1/10 mm. Für diese Knopfzellen werden immer wieder die unterschiedlichsten Bezeichnungen genannt und teilweise auch miteinander vermischt. So gibt es sogar Verpackungen, auf denen werden die Bezeichnungen SR44, LR44, 357 und L1154 in einer Zeile genannt und 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) und die letzten Ziffen die Dicke in 1/10 mm. Diese Batterien werden überwiegend in Armbanduhren eingesetzt. Der Vorteil von Silberoxidbatterien ist die gleichbleibende Spannungslage auf lange Zeit hin. Grundsätzlich werden nur Knopfzellen als Silberoxidbatterien hergestellt.

Zink-Luft-Knopfzellen

Zink-Luft Batterien mit Farbkodierung

Die Zink-Luft Batterien haben eine sehr hohe Energiedichte und fallen mit der abzuziehenden Folie auf, damit die Batterie mit der Luft reagieren kann und damit dann auch aktiviert wird. Sobald die Zellen einmal aktiviert wurden, haben diese Batterien eine sehr begrenzte Gebrauchsdauer. 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 DIN/EN der 60086er-Reihe standardisiert. Es gibt aber auch populäre Bezeichnungen, die von einzelnen Herstellern entwickelt wurden.^[2]

Bei der Auswahl der Batterien ist nicht alleine auf die Abmessungen zu achten, sondern auf den Einsatzbereich.

Durchm. ⌀	Höhe	Spannung	IEC		diverse	Seiko	Renata	Varta	Maxell	Citizen	GP	Bulova
5,8 mm	2,2 mm	1,55 V	SR63	S521		SB-AC	RE379	V379	SR521SW	280-59	GP379	618
	2,2 mm	1,5 V	LR63	L521	AG0
	2,6 mm	1,55 V	SR64	S527		SB-AE	319	V319	SR527SW	280-60		615
6,8 mm	2,2 mm	1,5 V	LR60	L621	AG1
	2,2 mm	1,55 V	SR60	S621	SG1		364	V364	SR621SW	280-34		602
	2,6 mm	1,55 V	SR66	S626		SB-AW		V377	SR626SW	280-39		606
	2,6 mm	1,5 V	LR66	L626	AG4		LR626
7,9 mm	2,1 mm	1,5 V	LR58	L721	AG11
	2,1 mm	1,55 V	SR58	S721		SB-AK	362	V362	SR721SW	280-29		601
	2,6 mm	1,5 V	LR59	L726	AG2
	2,6 mm	1,55 V	SR59	S726			397	V397				607
	3,6 mm	1,5 V	LR41	L736	AG3						GP192
		1,55 V	SR41	S736	SG3	SB-A1/D1	384	V384	SR41SW	280-18		247
		1,55 V	SR41	S736	SG3	SB-B1	392	V392	SR41W	280-13		247
		1,5 V	LR41	L736	AG3
	5,4 mm	1,55 V	SR48	S754		SB-B3	393	V393				255
		1,55 V	SR48	S754			309	V309	SR754SW
		1,5 V	LR48	L754	AG5
		1,45 V	PR48				ZA13	ZA13
9,5 mm	2,7 mm	1,55 V	SR57	S927	SG7	SB-BP/EP	399	V399	SR927W	280-44	GP395	613
	3,6 mm	1,5 V	LR45	L936	AG9
	3,6 mm	1,55 V	SR45	S936	SG9	SB-A	394	V394	SR936W			625
11,6 mm	2,1 mm	1,5 V	LR55	L1120
	2,1 mm	1,55 V	SR55	S1120	SG8	SB-BS/ES	391	V391
	3,05 mm	1,5 V	LR54	L1130	AG10			V10GA			GP189
		1,55 V	SR54	S1130	SG10	SB-BU	389	V389	SR1130W	280-15		626
		1,55 V	SR54	S1130	SG10	SB-AU	390	V390	SR1130SW	280-24		603
	4,2 mm	1,5 V	LR43	L1142	AG12			V12GA			GP186
	4,2 mm	1,55 V	SR43	S1142		SB-A8	301	V301	SR43SW	280-01
	5,4 mm	1,5 V	LR44	L1154	AG13		LR44	V13GA	LR44		GPA76
		1,55 V	SR44	S1154	SG13	SB-B9	357	V357	SR44W	280-82	GP357	228
		1,45 V	PR44				ZA675	HA675A

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

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.

Ausgelaufene Knopfzelle

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.^[3]^[4]^[5]^[6]

Einzelnachweise

↑ Korrekt bezeichnet Batterie eine Zusammenschaltung mehrerer elektrochemischer Zellen.
↑ Vergleichstabelle Knopfzellen (Batterien)
↑ Kindersicherheit: Tipps zur Nutzung von Produkten
↑ 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.

Weblinks

Commons: Knopfzelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Galvanische Zellen