Alkaline verdringt zinkkoolstof

Er bestaan tientallen soorten batterijen en er komen jaarlijks nieuwe bij. Afgelopen zomer meldde een Israelische groep in Science de komst van een nieuwe alkaline-batterij die niet alleen een veel hogere energie-inhoud had, maar ook herlaadbaar was. Meestal duurt het een jaar of tien voordat een dergelijke vinding een aandeel op de markt verovert – als zij al doorbreekt.

De meest verkochte batterij is nog steeds de klassieke zinkkoolstof-batterij van 1,5 volt, toegepast in zaklantaarns, wekkers, klokken en eenvoudige radio's. Een zinkkoolstof-batterij bestaat uit een zinken omhulsel gevuld met mangaandioxyde (bruinsteen) en een positieve elektrode van koolstof. Er zijn verbeterde uitvoeringen met een grotere capaciteit die soms `zinkchloride'-batterij worden genoemd. Circa 42 procent van de ingezamelde batterijen zijn zinkkoolstof-batterijen. Een zinkkoolstof-batterij `herstelt' zich enigszins na ontlading, maar kan niet herladen worden.

Het ziet ernaar uit dat de alkaline-batterij binnenkort het meest verkocht gaat worden. Van de ingezamelde batterijen is inmiddels 40 procent van dit type. De alkaline-batterij heeft ook een spanning van 1,5 volt. Deze batterij bestaat uit dezelfde bestanddelen als de zinkkoolstof-batterij. Het grote verschil is de elektrolyt die niet zuur maar basisch is (Engels: alkaline), vandaar de naam. De capaciteit van de alkaline-batterij is tweemaal zo groot als die van de zinkkoolstof-batterij. Omdat de alkaline-batterij wat meer stroom kan leveren is hij geschikt voor walkmans, fotocamera's en elektrisch speelgoed. Er bestaan alkaline-batterijen die enkele keren herladen kunnen worden, maar dit laadproces vereist speciale apparatuur.

De lithium-batterij (niet te verwarren met de oplaadbare lithium-ion batterij) is ook eenmalig. Hij heeft een spanning van 3 volt en een bijzonder grote capaciteit, wat hem zeer geschikt maakt voor gebruik in camera's.

Van de oplaadbare batterijen is de loodzwavelzuuraccu klassiek (2 volt). Ze zijn alleen met dure constructies lekvrij te maken en blijven dan toch relatief zwaar voor hun capaciteit.

Veel gangbaarder is de oplaadbare nikkelcadmium-batterij (NiCad) en de nikkelmetaalhydride-batterij (NiMH). Beide hebben een spanning van 1,2 volt en kunnen bij een goed laadregime zo'n duizendmaal herladen worden.

De afmetingen van NiCad- en NiMH-batterijen zijn dezelfde als die van zinkkoolstof- en alkaline-batterijen. Ze kunnen dan ook als vervanging daarvan dienen. Sommige mensen denken dat de spanning van 1,2 volt ze daarvoor minder geschikt maakt, maar dat is een vergissing. Zinkkoolstof- en alkaline-batterijen hebben een beginspanning van 1,5 volt, maar deze loopt tijdens gebruik geleidelijk af naar 1,0 volt. De spanning van een NiCad- en van een NiMH-batterij blijft tijdens gebruik constant op 1,2 volt.

Oplaadbare batterijen hebben enkele grote voordelen boven eenmalige batterijen. Bij goed gebruik zijn ze aanmerkelijk goedkoper. Volgens berekeningen van Cadex, een Canadese fabrikant van geavanceerde laadapparatuur, kost een kilowattuur elektriciteit van een alkaline penlight batterij $300; een kWh geleverd door een NiCad penlight batterij (1.500 cycli) kost $7,50 en door een NiMH-batterij (500 cycli) $8,50. Een NiCad-batterij heeft bovendien het voordeel dat hij een zeer grote piekstroom kan leveren. Dat is noodzakelijk voor powertools en voor sommige zendapparatuur. Snoerloze boormachines hebben om deze reden vrijwel zonder uitzondering NiCad-batterijen.

Maar de nicad-batterij heeft ook nadelen. Om te beginnen bestaat de nicad-batterij voor 15 procent uit cadmium, een uiterst giftig metaal. Daarnaast is de capaciteit van een nicad beduidend lager dan van een zinkkoolstof-batterij, laat staan een alkaline-batterij. De NiMH-batterij heeft een wat hogere capaciteit, ongeveer even groot als de zinkkoolstof-batterij.

Een minder mooie eigenschap van nicad's en NiMH-batterijen is de grote zelfontlading. De energie-inhoud loopt zo'n 10 procent per maand terug en soms wel meer. Dit maakt herlaadbare batterijen ongeschikt voor toepassingen die weinig stroom vragen zoals klokjes, rookmelders en afstandsbedieningen. Daarvoor zijn alkaline-batterijen veel geschikter met een zelfontlading van 2 procent per jaar. Ook zaklantaarns die maar af en toe gebruikt worden kunnen beter niet op nicads of NiMH's branden.

De nicad-batterij heeft nog een nadeel. Hij bezit het zogeheten geheugeneffect. Dit houdt in dat de capaciteit afneemt als hij verkeerd wordt geladen. Bij de cadmium-elektrode ontstaan grove kristallen die niet meer oplossen als de batterij sterk wordt overladen of als hij weer geladen wordt als hij nog gedeeltelijk vol is. Een nicad-batterij kan, als hij verkeerd behandeld wordt, binnen enkele cycli onbruikbaar worden. Wordt hij daarentegen goed behandeld, dan kan hij enkele duizenden cycli doorlopen. Het is daarom sterk aan te raden zogenaamde `intelligente' laders aan te schaffen. Deze ontladen de nicad-batterij eerst volledig en herladen hem dan in de juiste tijd. Daarna onderhouden ze de spanning.

Bij een NiMH-batterij komt het laadproces er minder op aan. Hij kan gewoon geladen worden, ook al is hij nog gedeeltelijk vol. Sterker nog, net als met loodaccu's is het zelfs aan te raden om de NiMH-batterij grotendeels vol te houden. Daarom zijn NiMH-batterijen ideaal voor mobiele en draadloze telefoons die vaak standaard in de lader teruggezet worden. Toch is het goed om ze geregeld – zo eens in de drie maanden – helemaal te ontladen. De meeste apparaten bevatten een `pack', een samenstel van vier of zes afzonderlijke NiMH-batterijen. Na verloop van tijd ontstaan verschillen in ladingstoestand. Door ze helemaal te ontladen worden ze weer `gelijk gezet'. Wie niet over een intelligente lader beschikt – en nog veel apparaten worden standaard met een eenvoudig ladertje geleverd – doet er goed aan de gebruiksaanwijzing te lezen.