Wat is een batterij?

Brengt men enkele elektrochemische en elektrotechnische stoffen bijeen in een (kleine) ruimte, dan treden er chemische reacties op: je krijgt een elektrische cel. Deze cel herbergt door haar samenstelling een bepaalde hoeveelheid energie, het is een energiebron geworden. Deze energie kan aan die cel worden onttrokken als elektrische stroom.

Door het samenvoegen van twee of meer cellen ontstaat een batterij. Echter, in het dagelijks taalgebruik is de naam ‘batterij’ synoniem geworden voor één enkele cel. Eigenlijk is een autoaccu (accu komt van accumuleren, dat ‘verzamelen’ betekent) een open, oplaadbare batterij, maar in Nederland gewoonlijk ‘accu’ genoemd. In tegenstelling tot de Engelstalige landen waar met ‘battery’ weer een accu wordt bedoeld.

2

Hoe werkt een batterij?

De eerste generatie batterijen waren behoorlijk eenvoudig van opbouw en werkten op basis van zink en koolstof. Laten we deze batterij bespreken. Alle andere soorten batterijen werken volgens dezelfde basisprincipes.

Alle stoffen (elementen) in de natuur kunnen we onderbrengen in een tabel en rangschikken op basis van zgn. ‘edelheid’. Zo is goud edeler dan ijzer en ijzer edeler dan zink. Breng twee verschillende metalen met elkaar in contact en je krijgt een spanningsverschil. Dit verschil is meetbaar als je de combinatie onderbrengt in een zuur- of zoutoplossing. Het spanningsverschil tussen zink en ijzer is dan ongeveer 0,6 volt. Tussen koolstof en ijzer is het verschil 1,5 volt.

Laat daarom bijvoorbeeld nooit een spijker in een zinken goot liggen, want na enige tijd is op die plek de goot lek. Dit komt, doordat het onedelste metaal (zink) elektronen afstaat aan het edelste metaal (ijzer). Het zink oxideert en uiteindelijk is er op het contactvlak geen zink meer over en heb je een gat. Dit principe wordt bij veel stalen schepen toegepast. Onder invloed van zuurstof in het water kan het staal gaan roesten. Door nu tegen de bodem op het kale staal dikke zinkbroodjes aan te brengen worden de zinkbroodjes opgeofferd en blijft het staal intact.

Dus een eenvoudige batterij werkt, op basis van zink en koolstof, met een spanningsverschil van 1,5 volt. Het ene metaal levert elektronen aan het andere metaal. Dit levert een elektronenstroom op. Deze batterij bestaat uit een koolstofstaafje in een zinken busje. Het staafje is de pluspool en het busje is de minpool, respectievelijk anode en kathode genoemd. Zolang beide stoffen niet met elkaar in contact komen is er geen chemische reactie, gaat er geen stroom vloeien. Rond het koolstaafje bevindt zich een laag bruinkool. Het busje is verder gevuld met een zgn. elektrolytische, zure pasta.

Het chemisch proces gaat nu als volgt. Tijdens een chemische reactie veranderen de anode en kathode van samenstelling. De anode geeft elektronen af en verandert in een positief metaal-ion, maar wordt daardoor instabiel. Door uit de zure pasta negatieve hydroxide-ionen te ontrekken kan de anode oxideren.

Deze hydroxide-ionen zijn bij kathode ontstaan. De elektronen die daar weer binnen komen verbinden zich met het metaaloxide. Dit metaaloxide splitst vervolgens het water in de zure pasta in positief geladen waterstofionen (H+) en negatief geladen hydroxide-ionen (OH-). Die hydroxide-ionen stromen dus naar de anode gaan daar een verbinding aan met de instabiele, positief geladen metaalionen. Rond het koolstaafje vormen zich gasbelletjes die worden geabsorbeerd door de bruinkoollaag. Zou die laag er niet zijn, dan raakt het staafje geïsoleerd en stopt de stroom.

De inwendige isolatie is nooit echt perfect. Of de stroomkring is gesloten of niet, er zal t.g.v. de zure pasta een lekstroom lopen. Hoe dan ook raakt de kathode langzaamaan geoxideerd en vervolgens poreus Hierdoor gaan oude batterijen lekken met een zurige substantie. De nieuwe generatie batterijen zijn daarom voorzien van een coating om dit lekken te verminderen of te voorkomen.

3

Wat is een primaire batterij?

Onder een primaire batterij wordt verstaan een product dat meteen na vervaardiging in de fabriek in staat is om spanning af te geven. Ze zijn ontworpen om eenmalig te gebruiken en dan te verwijderen.
Waarschuwing: Probeer nooit ze toch op te laden!! (zie punt 5)

4

Wat is secundaire batterij / accu?

Deze soort is oplaadbaar of in het Engels “Rechargeable”. Deze typen zijn van een andere samenstelling die het mogelijk maakt de chemische reacties beide kanten op te laten lopen. Hierdoor zijn ze meermaals bruikbaar om na opladen de betreffende applicatie weer van spanning te voorzien. Een klassiek voorbeeld hiervan is de natte loodaccu zoals in de auto.

5

Kun je een batterij opladen?

Als we spreken over batterijen dan bedoelen we in het dagelijkse gebruik wegwerpbatterijen. Meestal zijn het alkaline batterijen. Het chemische systeem is dan een combinatie van zink en Mangaandioxide (Zn/MnO2). Deze batterijen “gooien we weg”, als ze opgebruikt zijn. Doe dit wel op een verantwoorde manier, want batterijen en accu's, van welk type ook, zijn schadelijk voor het milieu. Kijk ook eens bij Stichting Batterijen (StiBat) voor meer informatie.

Dergelijke chemische systemen laten in de meeste gevallen niet toe dat ze worden opgeladen: het chemisch proces in zo’n elektrische cel is onomkeerbaar.

Probeer je zo’n batterij toch op te laden dan loop je ernstige risico’s. Doordat er tijdens het opladen inwendige gassen worden geproduceerd die niet kunnen ontsnappen, kan de batterij ontploffen. In ieder geval zal de cel kunnen openbarsten. Verder kan de batterij etsende vloeistoffen lekken die de omgeving kan beschadigen.

Sommige Alkaline batterijen zijn zodanig geconstrueerd dat ze wel kunnen worden opgeladen. Dit zijn zgn. RAM – accu’s, bijvoorbeeld van AccuCell. Dit staat voor Rechargeable Alkaline Manganese. Voor het laden moet je wel een speciale oplader gebruiken.
Samenvattend: wegwerpbatterijen kun je in de meeste gevallen NIET opladen. Wél opladen ervan is zeer risicovol.

6

Zijn batterijen schadelijk voor het milieu?

In principe zijn alle chemische samenstellingen slecht voor het milieu, tenzij ze makkelijk in onschadelijke elementen uiteen vallen. De ene meer, de ander minder. Met name de zware metalen kwik en cadmium belasten het milieu in ernstige mate. Om ons milieu gezond te krijgen en te houden is het van zeer groot belang dat wij als mensen zorgen voor een goede afvalverwijdering.

Batterijen en accu's gaan dus niet in de Kliko maar moeten worden ingeleverd bij een inzamelpunt voor lege batterijen. (Kijkt u eventueel op de website van StiBat.nl voor de adressen).

Europa heeft al in 1991 richtlijnen opgesteld ((911157/EEG), waarin is bepaald dat batterijen niet meer dan 5 gewichtsprocent kwik mogen bevatten. Dit geldt echter niet voor knoopcellen. Deze maatregel leidde tot de ontwikkeling van lithiumbatterijen en zink-/lucht-knoopcellen. Sinds 1998 mogen knoopcellen hierdoor nog maar 2 gewichtsprocenten kwik bevatten. De overige batterijen mogen slechts nog geringe sporen van kwik hebben: minder dan 0,0005 gewichtsprocent.

De nieuwste richtlijnen proberen het milieu te vrijwaren van cadmiumhoudende batterijen, zoals bij Ni-Cd (Nikkel Cadmium) accu's. Deze accu's worden sinds zeer kort slechts nog maar toegestaan in enkele essentiële toepassingen zoals noodverlichting.