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                                                                                            Wels, am 2022-02-04

                   Alkali Mangan Refresher

     Alkaline Primärzellen wieder aufladen / regenerieren.

                       Alkalibatterie Regenerierung

Ein anderes Problem kann die Akkuspannung darstellen. Diese liegt nominal bei 1.2V gegenüber der Batterie mit 1.5V. Einige Geräte und auch Spielzeug funktionieren deshalb nicht oder nur auf kurze Dauer beim Versuch, die Batterien durch Akkus zu ersetzen.

Aber das eigentliche Problem ist doch, dass genau in dem Moment, wo das Gerät oder Spielzeug dringend benötigt würde, dieses aufgrund entladener Akkus nicht einsatzfähig ist. Bei mir ist dies immer mit der Digital-Camera der Fall. Diese verwendet zwar Lithium-Ionen Akkus (Li-Ion). Aber sowohl Li-Ion als auch Ni-Cd und Ni-MH Akkus zeigen diesen Effekt; sie alle entladen sich von selbst - auch wenn sie nicht gebraucht werden. Diese sog. Selbstentladung tritt bei Batterien nicht auf, oder in sehr geringem Masse. Daher können Batterien lange gelagert werden, ohne wesentlich an Ladung zu verlieren.

Der hohe Preis und die oben erwähnten Nachteile von Akkus bewegen viele wieder, auf die Batterien zurückzugreifen, da sie halt doch praktischer, preiswerter und einfacher zu handhaben sind.

Eine wissenschaftliche Abhandlung von Dr Rolf Zinniker (ETH Zürich) findet der interessierte Leser unter Zinnikers Batterie und Akku Seiten

Regenerierung von Alkalibatterien

• Die Alkalibatterie sollte nur teilentladen sein - Batteriespannung >= 1.2V
• Tiefentladene Alkalibatterien < 1.0V lassen sich nicht mehr regenerieren
• Der Innenwiderstand der Alkalibatterie sollte < 5 Ohm betragen
• Zur Regeneration der Alkalibatterie wird ein spezielles Ladegerät benötigt
• Eine Alkalibatterie kann maximal 3 - 10 mal regeneriert werden - je nach Marke
• Die Ladekapazität nimmt mit jeder Regeneration weiter ab

Bestimmung des Batterieinnenwiderstands

Gemäss obigem Ersatzschaltbild kann der Innenwiderstand der Alkalibatterie wie folgt bestimmt werden:

1. Mit einem Digital-Voltmeter oder -Batterietester die Leerlaufspannung (ohne Lastwiderstand RL) der Alkalibatterie möglichst genau messen (Beispiel: Uo = 1.34V)
2. Lastwiderstand an Plus(+) und Minus(-) Pole der Alkalibatterie anschliessen (Beipsiel: RL = 47 Ohm)
3. Mit angeschlossenem Lastwiderstand (RL) erneut die Alkalibatteriespannung messen (Beispiel: UL = 1.25V)
4. Innenwiderstand gem. obiger Formel berechnen (Beispiel: Ri = 47 Ohm * (1.34V - 1.25V) / 1.25V) -> Ri = 3.384 Ohm)

Merkmale brandneuer Alkalibatterien

• Die Ladespannung darf 1.7V nicht überschreiten, da die Alkalibatterie ansonsten irreparable Schäden durch den damit verbunden chemischen Prozess und einsetzende Oxidation erfährt.
• Der Ladestrom sollte moderat sein (ca. 20mA - 80mA, max 100mA). Bei zu hohem Ladestrom entsteht im Innern der Alkalibatterie ein zu hoher Druck infolge des beschleunigten chemischen Umformungsprozess, der zum Platzen der Überdruckmembran am Minuspol der Alkalibatterie und damit zum Auslaufen des im Innern der Alkalibatterie befindlichen Elektrolyts führt. Die Folge davon ist keine Explosion, aber die bekannte Schweinerei verursacht durch die auslaufende Batteriesäure.
• Der Ladeprozess sollte bei Erreichen der Endspannung 1.65V (max 1.7V) angehalten werden. Weiteres Laden danach erhöht die Kapazität nicht weiter, sondern verkürzt nur die Lebenszeit der Alkalibatterie infolge Überladung.
• Auf keinen Fall versuchen Alkalibatterien mit Lade-Geräten speziell Schnelllader für NiCd- oder NiMH-Akkus aufzuladen. Die Ladeströme sind zu hoch und führen in kurzer Zeit zum "Kochen" der Alkalibatterien. Die Folge davon? richtig: keine Explosion, aber eine Schweinerei.

Eigentlich sollte es aber nicht allzu schwer sein, ein Ladegerät zu entwerfen, welches nicht gerade das Haushaltbudget einer Schweizer Kleinfamilie und/oder die Alkaliebatterie sprengt.

• Einfache Schaltung mit handelsüblichen Komponenten
• Endladespannung muss auf max 1.7V begrenzbar sein, wobei der Grenzwert nicht überschritten werden soll
• Ladestrom soll im Bereich 50mA ... 100mA liegen und bei Erreichen der Endladespannung auf Null gehen (Ladestop)
• Wenn möglich soll anstelle eines konstanten Ladestroms ein gepulster Ladestrom auf die Alkalibatterie angewendet werden. Gem. Studien wirkt sich dies positiv auf den chemischen Prozess aus womit eine höhere Leistung sowie Endkapazität erreicht wird.
• Wenn möglich soll die Leerlaufspannung Uo der Alkalibatterie zur Grenzwertbestimmung herangezogen bzw. gemessen werden und nicht die Ladespannung, da wegen Ri > 0 die Ladespannung an der Alkalibatterie infolge des Ladestromes höher ist als Uo, und somit nicht die optimale bzw. maximal zulässige Endladespannung erreicht würde.
• Die Schaltung sollte eine Betriebsanzeige enthalten (Ein/Aus, Laden, Lade-Ende)
• Die Schaltung sollte mit möglichst tiefer Spannung arbeiten (ca. 2.5-3V), um die Verlustleistung klein zu halten, und damit evtl. anstelle eines Netzadapters eine Solarzelle zum Laden der Alkalibatterien eingesetzt werden kann.

Gedacht getan. Nach ein paar Versuchen und Tests war der Prototyp bereits an einem Abend entwickelt:

1. Eine gute neue Alkalibatterie einsetzten. Diese sollte eine Leerlaufspannung von min 1.6 - 1.65V aufweisen.
2. Das Potentiometer P1 zuerst gegen Null drehen. Die rote LED sollte nun blinken. Dann das Potentiometer P1 langsam gegendrehen bis das Blinken der LED gerade aufhört.
3. Fertig ist die Trimmung.

1. Eine Spannungsquelle mit ca. 3V/100mA (z.B. Netzadapter von einem Walkman o.ä. oder ein Solar-Panel mit z.B. 8 x 0.4V/100mA Sonnenzellen) an den Eingang der Schaltung anschliessen.
2. Die rote LED leuchtet konstant, wenn noch keine Alkalibatterie eingelegt ist.
3. Zu ladende Alkalibatterie einlegen bzw. am Ausgang der Schaltung anschliessen. Die rote LED blinkt (umso rascher je tiefer die Alkalibatterie entladen war) und singalisiert damit den gepulsten Ladevorgang.
4. Sobald die Alkalibatterie ihre Endladespannung erreicht, blinkt die LED immer langsamer bis sie schliesslich dauernd leuchtet. Der Ladevorgang ist abgeschlossen.
5. Alkalibatterie herausnehmen und Netzadapter bzw. Solar-Panel abkoppeln.

• Es sollten nur teilentladene Alkalibatterien regeneriert werden. Die Leerlaufspannung der Alkalibatterie sollte min. 1.2V oder mehr betragen. Der Versuch, eine tiefer entladene Alkalibatterie zu laden, wird in den meisten Fällen fehlschlagen.
• Tiefentladene Alkalibatterien - besonders wenn die Leerlaufspannung unter 1V liegt - sind nicht mehr regenerierbar und sollten entsorgt werden.
• Es kann immer vorkommen, dass die Regenerierung einer Alkalibatterie nicht gelingt, z.B. wenn diese schon zu tief entladen war, zu alt, oder bereits schon ein oder mehrere male zuvor regeneriert wurde (zu hoher Innenwiderstand). Die Endladespannung wird nie erreicht und die Lade- bzw. Regenerierungs-Schaltung kommt auch nach mehreren Stunden nicht zum Stillstand (LED blinkt immer weiter, wenn auch etwas langsamer). In diesem Fall sollte nicht mehr versucht werden, die Alkalibatterie weiterzuladen (Auslaufgefahr). Besser ist es, die Alkalibatterie zu entfernen und entsorgen.
• Regenerierte Alkalibatterien tendieren eher zum Auslaufen, und sollten nicht mehr in teure oder wertvolle Geräte eingesetzt werden, besonders solche, die zudem noch viel Leistung benötigen. Regenerierte Alkalibatterien können in weniger komplexen Geräten aber durchaus noch lange ihren Dienst verrichten.

Batterien auffrischen und nachladen

Literatur

• Lucien F. Trueb, Paul Rüetschi: Batterien und Akkumulatoren - Mobile Energiequellen für heute und morgen. Springer, Berlin 1998 ISBN 3-540-62997-1
• David Linden, Thomas B. Reddy (Hrsg.): Handbook of Batteries. 3. Auflage. McGraw-Hill, New York 2002 ISBN 0-071-35978-8 (auf Englisch)
• Clive D.S. Tuck (Hrsg.): Modern Battery Technology. Ellis Horwood, New York 1991 ISBN 0-13-590266-5 (auf Englisch)
• Karl V. Kordesch (Hrsg.): Batteries Volume 1 Manganese Dioxide. Marcel Dekker, New York 1974 ISBN 0-8247-6084-0 (auf Englisch)
• Andreas Jossen, Wolfgang Weydanz: Moderne Akkumulatoren richtig einsetzen, Printyourbook 2006, ISBN 9783939359111