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

Verschiedene Knopfzellen

Unterscheidung von Knopfzellen

Knopfzellen unterscheiden sich in ihrer Höhe, ihrem Durchmesser, ihrer Spannung (V) und ihrer Ladungsmenge, auch Kapazität genannt, sowie in ihrer chemischen Zusammensetzung, wobei die Primärzellen Zink-Luft, Alkali-Mangan (auch „Alkaline“ genannt), Silberoxid-Zink (kurz „Silberoxid“ genannt) oder Lithium-Mangandioxid (kurz „Lithium“ genannt) zum Einsatz kommen. Früher gab es auch Quecksilberoxid-Zink-Primärzellen (kurz „Quecksilberbatterie“ genannt). Jede Knopfzelle hat eine Bezeichnung, aus der sich die oben genannten Parameter ablesen lassen.

So ist zum Beispiel LR44 eine Alkali-Mangan-Knopfzelle, CR2016 eine Lithium-Knopfzelle und SR676 eine Silberoxid-Knopfzelle.

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.

Einsatz

Eine typische Lithium-Knopfzelle wie CR2032 hat einen Durchmesser von 20 mm und eine Höhe von 3,2 mm. Sie findet sich häufig in Computern auf Hauptplatinen, um als Pufferbatterie die Spannungsversorgung der Uhr und evtl. des CMOS-RAM 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 eingesetzt werden.

Verbreitet ist auch die Alkali-Mangan-Knopfzelle LR44 (andere Bezeichnungen V13GA, AG13, 357, KA76, LR44H, GPA76), die vor allem in kleinen elektronischen Geräten, wie z. B. Taschenrechnern zu finden ist und auch in Taschenlampen mit LED-Technik zum Einsatz kommt.

Silberoxid-Typen sind am häufigsten in Armbanduhren im Einsatz und haben Bezeichnungen wie zum Beispiel V301 und V397.

Zink-Luft-Knopfzellen kommen in erster Linie in Hörgeräten zum Einsatz (siehe auch Hörgerätebatterie).

Spannung

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

Die Spannung einer Knopfzelle ist nur von deren chemischer Zusammensetzung abhängig:

Zellen-Typ (IEC Bezeichnung)	Spannung
Quecksilberoxid-Zink-Zelle (MR)	1,35 V
Zink-Luft-Zelle (PR)	1,4 V
Alkali-Mangan-Zelle (LR)	1,5 V
Silberoxid-Zink-Zelle (SR)	1,55 V
Lithium-Mangandioxid-Zelle (CR)	3,0 V
Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Zelle (BR)	3,0 V

Bezeichnungen

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.

Zink-Luft-Knopfzellen

Zink-Luft-Knopfzellen sind zur leichteren Unterscheidung mit einer Farbcodierung versehen, welche im Artikel Hörgerätebatterie zu finden ist.

Lithium-Knopfzellen

Die Bezeichnungen der Lithium-Knopfzellen sind bei allen Markenherstellern identisch und folgen folgendem Schema:

Lithium-Knopfzelle CR 2025

Aufbau der Typ-Bezeichnung »CRDDMM«:
CR = Lithium-Zelle Chemische Zusammensetzung	DD Durchmesser in mm	MM Höhe in 1/10 mm
Beispiel: »CR 2025«
CR Lithium-Zelle	Ø 20 mm	Höhe 2,5 mm

Alkali-Mangan- und Silberoxid-Knopfzellen

Bei gleichen Zellabmessungen gibt es unterschiedliche elektrochemische Systeme, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Alkali-Mangan-Knopfzellen (LR-Typen) sind häufig in Taschenrechnern und ähnlichen Geräten im Einsatz, Silberoxid-Knopfzellen (SR-Typen) kommen meist in Armbanduhren zur Anwendung.

Häufig verwendete Typen sind zum Beispiel:^[2][3]

⌀	Höhe	Unenn	IEC	diverse	Seiko	Renata	Varta	Maxell	Citizen	Bulova	GP	mAh
5,8 mm	2,2 mm	1,55 V	SR63	AG0	SB-AC	RE379	V379	SR521SW	280-59		GP379
	2,6 mm	1,55 V	SR64		SB-AE	319	V319	SR527SW	280-60
6,8 mm	2,2 mm	1,5 V	LR621	AG1 / SG1	SB-AG	364	V364	SR621SW	280-34
	2,6 mm	1,5 V	LR66	AG4	SB-AW	LR626	V377	SR626SW	280-39			18
7,9 mm	2,1 mm	1,5 V	LR721	AG11	SB-AK	362	V362	SR721SW	280-29
	2,6 mm	1,5 V	LR726	AG2		397	V397
	3,6 mm	1,5 V	LR41	AG3 / L736		384	V384				GP192	38
	3,6 mm	1,55 V	SR41	AG3 / SG3	SB-A1 / D1	384 / 392	V384 / V392	SR41SW	280-18	247
	5,4 mm	1,5 V	LR48	AG5 / SG5	SB-B3	LR754		SR754SW
	5,4 mm	1,55 V	SR48		SB-B3	393	V393			255
9,5 mm	2,7 mm	1,55 V	SR57	SG7	SB-BP / EP	399	V399	SR927W	280-44	613
	3,6 mm	1,5 V	LR936	AG9
	3,6 mm	1,55 V	SR45	SG9	SB-A	394	V394	SR936W		625
11,6 mm	2,0 mm	1,5 V	LR55			LR1120
	2,1 mm	1,55 V	SR55			391	V391
	3,05 mm	1,5 V	LR54	AG10		LR1130	V10GA				GP189
	3,05 mm	1,55 V	SR54		SB-BU	389	V389	SR1130W	280-15	626
	3,05 mm	1,55 V	SR54		SB-AU	390	V390	SR1130SW	280-24	603
	4,2 mm	1,5 V	LR43	AG12		LR1142	V12GA				GP186	100
	4,2 mm	1,55 V	SR43		SB-A8	301	V301	SR43SW	280-01	226
	5,4 mm	1,5 V	LR44	AG13 / L1154 / A76 / Vinnic1154		LR44	V13GA	LR44			GPA76	155
	5,4 mm	1,55 V	SR44	SG13 / KS76	SB-B9	357	V357 / V76PX	SR44W	280-82	228	GP357 / GPS76E

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.

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.

Austausch von Knopfzellen

Beim Austausch entladener Knopfzellen sollte man sorgfältig arbeiten. Die neue Zelle sollte mit sauberen 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 mA, 220 mAh) genannt.^[4][5][6]

Einzelnachweise

1. ↑ Korrekt bezeichnet Batterie eine Zusammenschaltung mehrerer elektrochemischer Zellen.
2. ↑ Erich Käser: Batterien und Knopfzellen – Knopfzellen-Vergleichstabelle, Fachlexikon der Mechatronik, 2007
3. ↑ Ralf Hottmeyer: Vergleichsliste Knopfzellen und Batterien, Technische Daten und Vergleichslisten für Knopfzellen und Batterien (PDF, 676 kiB)
4. ↑ T. Litovitz, B. F. Schmitz: Ingestion of cylindrical and button batteries. An analysis of 2382 cases. Pediatrics 89(1992), S. 747–757.
5. ↑ 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.
6. ↑ T. Geis, T. Lang: Nächtliches Erbrechen und Schiefhals, Monatsschr Kinderheilkd 2008.

Weblinks

 Commons: Knopfzelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien
• Erich Käser: Batterie-Vergleichstabelle

Galvanische Zellen

Primärzellen:  Alkali-Mangan-Batterie | Lithiumbatterie | Lithium-Eisensulfid-Batterie | Lithium-Mangandioxid-Batterie | Lithium-Thionylchlorid-Batterie | Lithium-Schwefeldioxid-Batterie | Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie | Nickel-Oxyhydroxid-Batterie | Quecksilberoxid-Zink-Batterie | Silberoxid-Zink-Batterie | Zink-Braunstein-Zelle | Zinkchlorid-Batterie | Zink-Luft-Batterie
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