Knopfzelle


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Eine Knopfzelle ist in der Elektrotechnik eine elektrochemische Zelle (umgangssprachlich Batterie<ref>Korrekt bezeichnet Batterie eine Zusammenschaltung mehrerer elektrochemischer Zellen.</ref>) mit rundem Querschnitt, deren Gesamthöhe kleiner als der Gesamtdurchmesser ist,<ref>DIN EN 61951-1</ref> und Zellspannungen zwischen 1,35 und 3,6 Volt abgibt. 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 in Geräten, die sehr klein sind, wie zum Beispiel Taschenrechner, Armbanduhren und Hörgeräten.

Datei:Coin-cells.jpg
Knopfzellen
Datei:Knopfzelle-2.PNG
Schema einer Knopfzelle (Quecksilberoxid-, Silberoxid- oder Lithiumzelle)

Die ersten Knopfzellen waren Quecksilberoxid-Zink-Zellen und wurden 1942 von Samuel Ruben für das US-Militär eingeführt.

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, z. B. der Typ CR2032 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. Auch CR2016, CR2025 usw. sind häufig verwendete Lithium-Knopfzellen, die in kleineren elektronischen Geräten und in vielen Autoschlüsseln eingesetzt werden.

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 sie 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).

Eine Unterscheidung innerhalb dieser Typen ist die der Strombelastbarkeit:<ref>Batterie-Technologien</ref>

  • Low-Drain: Geringere Strom-Belastbarkeit, z. B. für Uhren geeignet bei hoher Auslaufsicherheit (Elektrolyt: Natronlauge).
  • High-Drain: Höhere Strom-Belastbarkeit, z. B. für Foto- / Fernsteuerungs-Anwendungen geeignet, bei guter Auslaufsicherheit (Elektrolyt: Kalilauge).

Zink-Luft-Knopfzellen werden in erster Linie in als Hörgerätebatterien eingesetzt.

Neben der nicht mehr hergestellten Quecksilberoxid-Zink-Knopfzelle (30 % Hg) enthalten auch Silberoxid-Zellen (1 % Hg) und Zink-Luft-Knopfzellen (2 % Hg) noch Quecksilber.<ref>umweltbundesamt.de</ref> Ab Herbst 2015 ist auch hier der Einsatz von Quecksilber innerhalb der EU verboten.<ref>europarl.europa.eu</ref>

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.

Die Selbstentladung einer Batterie bei einfacher Lagerung ist sehr unterschiedlich und bestimmt neben der Bauform und der Kapazität die zu wählende Technologie: Die Batterie in einer Uhr und einem digitalen Fieberthermometer sollte möglichst viele Jahre halten und also eine geringe Selbstentladung haben. In der Regel können Silberoxid-Zellen auch an Stelle von Alkali-Mangan-Zellen eingesetzt werden. Die Kompatibilität und der Preis ist also selten das einzige Kriterium bei der Wahl einer Batterie.

Spannung

Datei:Button cells and 9v cells (3).png
Knopfzellen im Größenvergleich zu einem 9-Volt-Block in der Bildmitte

Die Spannung einer Knopfzelle ist von ihrer chemischen Zusammensetzung abhängig.

Datei:Batterietester für Knopfzellen.jpg
Testgerät für Knopfzellen
Zellen-Typ IEC-Bezeichnung Beispiele Spannung
Quecksilberoxid-Zink-Zellea 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 CR2016
CR2025
CR2032		 3,0 V
Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Zelle BR BR2016 3,0 V
a Knopfzellen, die mehr als 2 % 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.

Um die kleine Kapazität nicht durch Verunreinigungen zu entladen, sind selbst kleinste Fettspuren (von z. B. Fingern) zu vermeiden.

Silberoxid-Zellen haben meist eine höhere Nennkapazität als Alkali-Mangan-Zellen.

Aufbau der Modellnummern

Lithium-Knopfzellen

Datei:CR 2025 3D.jpg
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, die letzten Ziffern geben die Dicke in 1/10 mm an. 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), die letzten Ziffern geben die Dicke in 1/10 mm an. Für diese Knopfzellen werden immer wieder die unterschiedlichsten Bezeichnungen genannt und teilweise auch miteinander vermischt. So gibt es sogar Verpackungen, auf denen die Bezeichnungen SR44, LR44, 357 und L1154 in einer Zeile genannt werden. Damit handelt es sich z. B. um eine Alkaline- und eine Silberoxid-Batterie. Die Batterien haben die gleichen Maße.

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). Die letzten Ziffern geben die Dicke in 1/10 mm an. Diese Batterien werden überwiegend in Armbanduhren eingesetzt. Der Vorteil von Silberoxidbatterien ist die für lange Zeit gleichbleibende Spannung. Grundsätzlich werden Silberoxidbatterien nur als Knopfzellen hergestellt.

Zink-Luft-Knopfzellen

Datei:Zinc-air-battery-types.gif
Zink-Luft-Batterien mit Farbkodierung

Zink-Luft-Batterien haben eine sehr hohe Energiedichte. Sie sind äußerlich erkennbar an dem meist farbigen Versiegelungs-Aufkleber, der die für den chemischen Prozess benötigte Luft bis zur Aktivierung von der Batterie fernhält. Hervorzuheben ist die annähernd waagerechte Entladungskurve, die erst zum Kapazitätsende steil abfällt und die vergleichsweise hohe Stromabgabe. Eingesetzt werden diese Zellen überwiegend als Hörgerätebatterieen.

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 von Knopfzellen

Bezeichnungen verschiedener Knopfzellen sind in der Europäischen Norm EN 60086 festgelegt. Es gibt aber auch populäre Bezeichnungen, die von einzelnen Herstellern entwickelt wurden.<ref>Vergleichstabelle Knopfzellen (Batterien) (PDF; 546 kB)</ref>

Kennwerte Standard/Norm Hersteller
⌀ Höhe Nenn-
Spannung		 Kapazität IEC JIS Seiko Renata Varta Maxell Citizen GP Bulova Panasonic
4,8 mm 1,6 mm 1,55 V 337 V337 SR416SW
5,8 mm 1,3 mm 1,55 V 5 mAh V335
5,8 mm 1,6 mm 1,55 V 8 mAh SR62 317 V317 SR516SW 280-58 GP317 616
5,8 mm 2,2 mm 1,50 V LR63 L521 AG0
5,8 mm 2,2 mm 1,55 V 14 mAh SR63 S521 SB-AC 379 V379 SR521SW 280-59 GP379 618
5,8 mm 2,6 mm 1,55 V 16 mAh SR64 S527 SB-AE 319 V319 SR527SW 280-60 615
5,8 mm 2,7 mm 1,55 V 16 mAh V319
5,8 mm 3,6 mm 1,40 V 75 mAh PR-230(10)
5,8 mm 3,6 mm 1,40 V 105 mAh V 10AT GP V10 D6
6,8 mm 1,4 mm 1,55 V 11 mAh V339
6,8 mm 1,6 mm 1,55 V 14 mAh SR65 L616 SB-AF 321 V321 SR616SW 280-73 GP321 611
6,8 mm 1,7 mm 1,55 V 13 mAh V321
6,8 mm 2,2 mm 1,50 V LR60 L621 AG1
6,8 mm 2,2 mm 1,55 V 15 mAh SR60 S621 SG1 364 SR621SW 280-34 602
6,8 mm 2,2 mm 1,55 V 20 mAh SR60 S621 364 V364 SR621SW 280-34 602
6,8 mm 2,6 mm 1,50 V LR66 L626 AG4 LR626
6,8 mm 2,6 mm 1,55 V 20 mAh SR66 S626 SG4 SB-AW 377 SR626SW 280-39 606
6,8 mm 2,6 mm 1,55 V 23 mAh SR66 S626 SB-AW 377 V377 SR626SW 280-39 606
7,9 mm 1,3 mm 1,55 V 10 mAh V346
7,9 mm 1,7 mm 1,55 V 20 mAh V315
7,9 mm 2,1 mm 1,50 V LR58 L721 AG11
7,9 mm 2,1 mm 1,55 V 18 mAh SG11 V361
7,9 mm 2,1 mm 1,55 V 21 mAh SR58 S721 SB-AK 362 V362 SR721SW 280-29 601
7,9 mm 2,6 mm 1,50 V 25 mAh LR59 L726 AG2 SB-BL 396 V396 SR726W 280-52 GP96 612
7,9 mm 2,6 mm 1,55 V 26 mAh SR59 S726 SG2 397 V397 607
7,9 mm 3,1 mm 1,55 V 36 mAh SR731 S726 329 V329 SR731SW GP29
7,9 mm 3,6 mm 1,40 V 160 mAh V 312AT GP V312 D6
7,9 mm 3,6 mm 1,40 V 170 mAh PR-312(PR41)
7,9 mm 3,6 mm 1,50 V 28 mAh LR41 L736 AG3 GP192
7,9 mm 3,6 mm 1,55 V 38 mAh SR41 S736 SG3 SB-A1/D1 384 V384LD SR41SW 280-18 247
7,9 mm 3,6 mm 1,55 V 38 mAh SR41 S736 SG3 SB-B1 392 V392HD SR41W 280-13 247
7,9 mm 5,4 mm 1,40 V 290 mAh V 13AT GP V13 D6
7,9 mm 5,4 mm 1,40 V 300 mAh PR-13
7,9 mm 5,4 mm 1,45 V PR48 ZA13 ZA13
7,9 mm 5,4 mm 1,50 V LR48 L754 AG5
7,9 mm 5,4 mm 1,55 V 65 mAh SR48 S754 SB-B3 393 V393 255
7,9 mm 5,4 mm 1,55 V SR48 S754 309 V309 SR754SW
9,5 mm 1,6 mm 1,55 V 23 mAh 373 V373 SR916SW
9,5 mm 2,1 mm 1,55 V 30 mAh V370
9,5 mm 2,1 mm 1,55 V 44 mAh SR69 L921 SG6 SB-AN 371 V371 SR920W 280-31 GP71 605
9,5 mm 2,7 mm 1,55 V SR57 S927 AG7 SB-AP/DP 395 V395 SR927SW 280-48 GP395 610
9,5 mm 2,7 mm 1,55 V 40 mAh SR57 S927 SG7 SB-BP/EP 399 SR927W 280-44 GP399 613
9,5 mm 2,7 mm 1,55 V 42 mAh SR57 S927 SB-BP/EP 399 V399 SR927W 280-44 GP399 613
9,5 mm 3,6 mm 1,50 V LR45 L936 AG9
9,5 mm 3,6 mm 1,55 V 67 mAh SR45 S936 SG9 SB-A 394 V394 SR936W 625
9,95 mm 2,7 mm 3,0 V 30 mAh CR927
10,0 mm 2,5 mm 3,0 V 32 mAh CR1025 CR1025 CR1025 CR-1025EL/1B
11,6 mm 2,1 mm 1,50 V 40 mAh LR55 L1120 AG8 V8GA GP191
11,6 mm 2,1 mm 1,55 V 40 mAh SR55 S1120 SG8 SB-BS/ES 391 V391
11,6 mm 3,05 mm 1,50 V 75 mAh LR54 L1130 AG10 V10GA GP189 LR1130
11,6 mm 3,05 mm 1,55 V 70 mAh SR54 S1130 SG10 SB-BU 389 SR1130W 280-15 626
11,6 mm 3,05 mm 1,55 V 70 mAh SR54 S1130 SG10 SB-AU 390 V390 SR1130SW 280-24 603
11,6 mm 3,1 mm 1,55 V 85 mAh SR54 S1130 SB-BU 389 V389 SR1130W 280-15 626
11,6 mm 3,6 mm 1,55 V 100 mAh V350
11,5 mm 4,1 mm 1,50 V 100 mAh LR43 L1142 AG12 V12GA GP186
11,6 mm 4,1 mm 1,55 V 105 mAh V386
11,6 mm 4,2 mm 1,55 V 120 mAh SR43 S1142 SG12 SB-A8 301 V301 SR43SW 280-01
11,5 mm 5,1 mm 1,50 V 120 mAh LR-44EL
11,6 mm 5,4 mm 1,40 V 605 mAh PR-675(PR44)
11,5 mm 5,4 mm 1,40 V 640 mAh V 675AT GP V765 D6
11,6 mm 5,4 mm 1,45 V PR44 ZA675 HA675A
11,5 mm 5,4 mm 1,50 V 145 mAh LR44 L1154 AG13 V13GA GPA76
11,6 mm 5,4 mm 1,55 V 130 mAh SR44 S1154 SG13 SB-A9 303 V303LD SR44SW 280-08 GP303
11,6 mm 5,4 mm 1,55 V 130 mAh SR44 S1154 SG13 SB-B9 357 SR44W 280-62 GP357 228
11,6 mm 5,4 mm 1,55 V 155 mAh SR44 S1154 SB-B9 357 V357HD SR44W 280-62 GP357 228
11,6 mm 5,4 mm 1,55 V 145 mAh V 76PX
16,0 mm 6,2 mm 1,50 V 200 mAh LR9 V 625 U
12,5 mm 1,6 mm 3,0 V 25 mAh CR1216 CR1216 CR1216 CR-1216EL
12,5 mm 2,0 mm 3,0 V 35 mAh CR1220 CR1216 CR1216 CR-1220EL
12,5 mm 2,5 mm 3,0 V 38 mAh CR1225 CR1225 CR1225 BR 1225
16,0 mm 1,6 mm 3,0 V 55 mAh CR1616 CR1616 CR1616 CR1616 280-209 CR-1616EL
16,0 mm 2,0 mm 3,0 V 75 mAh CR1620 CR1620 CR1620 CR-1620EL
16,0 mm 3,2 mm 3,0 V 125 mAh CR1632 CR1632
16,0 mm 3,2 mm 3,0 V 140 mAh CR1632 CR-1632EL
20,0 mm 1,2 mm 3,0 V 55 mAh CR2012 CR-2012EL
20,0 mm 1,6 mm 3,0 V 75 mAh CR2016
20,0 mm 1,6 mm 3,0 V 90 mAh CR2016 CR2016 CR2016 CR2016 280-206 CR-2016EL
20,0 mm 2,5 mm 3,0 V 150 mAh CR2025 CR2025
20,0 mm 2,5 mm 3,0 V 165 mAh CR2025 CR2025 CR2025 CR2025 CR-2025EL
20,0 mm 3,2 mm 3,0 V 210 mAh CR2032 SB-T 51 CR2032 CR2032 CR2032
20,0 mm 3,2 mm 3,0 V 180 mAh BR 2032
20,0 mm 3,2 mm 3,0 V 220 mAh CR-2032EL
20,0 mm 3,2 mm 3,0 V 230 mAh CR2032
23,0 mm 2,0 mm 3,0 V 130 mAh CR2320 CR2320
23,0 mm 2,5 mm 3,0 V 165 mAh BR 2325
23,0 mm 3,0 mm 3,0 V 250 mAh BR 2330
23,0 mm 3,0 mm 3,0 V 265 mAh CR2330
23,0 mm 5,4 mm 3,0 V 560 mAh CR2354 CR-2354EL
24,5 mm 3,0 mm 3,0 V 280 mAh CR2430 CR2430 CR2430 CR-2430EL
24,5 mm 5,0 mm 3,0 V 560 mAh CR2450 CR2450 CR2450
24,5 mm 5,0 mm 3,0 V 620 mAh CR2450 CR-2450EL
24,5 mm 7,7 mm 3,0 V 1000 mAh CR2477 CR2477
30,0 mm 3,2 mm 3,0 V 500 mAh BR 3032
LD Low Drain (Geringere Strom-Belastbarkeit, siehe Abschnitt #Einsatzbereiche / Unterscheidung)
HD High Drain (Höhere Strom-Belastbarkeit, siehe Abschnitt #Einsatzbereiche / Unterscheidung)

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 durch das Batteriegesetz verboten und daher vollständig vom Markt verschwunden.

In wenigen Fällen werden auch aufladbare Lithium-Ionen-Akkumulatoren in Uhren eingesetzt.

Lithium-Ionen-Batteriemodelle 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

Knopfzellen und Kleinkinder

Knopfzellen sollten, wie alle Kleinteile, kindersicher aufbewahrt werden. Durch ein Auslaufen der Knopfzelle kann es zu Verätzungen im Bereich Speiseröhre-Magen-Darm kommen.<ref>Bundesinstitut für Risikobewertung: Risiko Vergiftungsunfälle bei Kindern, 2009 (PDF; 1,2 MB)</ref>

Weblinks

Commons Commons: Knopfzelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

<references />

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Galvanische Zellen

Primärzellen:  Alkali-Mangan-Batterie | Aluminium-Luft-Batterie | Lithiumbatterie | Lithium-Eisensulfid-Batterie | Lithium-Iod-Batterie | Lithium-Mangandioxid-Batterie | Lithium-Thionylchlorid-Batterie | Lithium-Schwefeldioxid-Batterie | Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie | Nickel-Oxyhydroxid-Batterie | Quecksilberoxid-Zink-Batterie | Silberoxid-Zink-Batterie | Zink-Kohle-Zelle | Zinkchlorid-Batterie | Zink-Luft-Batterie
Sekundärzellen:  Aluminium-Ionen-Akkumulator | Bleiakkumulator | Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator | Lithium-Ionen-Akkumulator | Lithium-Luft-Akkumulator | Lithium-Mangan-Akkumulator | Lithium-Polymer-Akkumulator | Lithium-Schwefel-Akkumulator | Natrium-Ionen-Akkumulator | Natrium-Schwefel-Akkumulator | Nickel-Cadmium-Akkumulator | Nickel-Eisen-Akkumulator | Nickel-Lithium-Akkumulator | Nickel-Metallhydrid-Akkumulator | Nickel-Wasserstoff-Akkumulator | Nickel-Zink-Akkumulator | RAM-Zelle | Silber-Zink-Akkumulator | STAIR-Zelle | Vanadium-Redox-Akkumulator | Zink-Brom-Akkumulator | Zink-Luft-Akkumulator | Zebra-Batterie | Zellulose-Polypyrrol-Zelle | Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator
Historische Zellen:  Chromsäure-Element | Daniell-Element | Edison-Lalande-Element | Gravity-Daniell-Element | Grove-Element | Leclanché-Element | Voltasche Säule | Clark-Normalelement | Weston-Normalelement | Zambonisäule
Ausführungen:  Akkumulator | Batterie | Brennstoffzelle | Knopfzelle | Konzentrationselement | Redox-Flow-Batterie | Thermalbatterie
Bestandteile: Halbzelle (Donator- und Akzeptorhalbzelle)