Vad är ett primärbatteri och ett sekundärbatteri?

Allmänt om primärbatterier

Primärbatterier, eller icke laddningsbara celler, används till elektrisk utrustning så som ficklampor, musikspelare, hörselapparater, klockor, leksaker, kommunikationsutrustning, etcetera. Primärbatterier är enkla att använda, rimligt bra energi- och effekttäthet, pålitliga och till rimliga kostnader.

Primärbatterier finns i form av små knappceller upp till stora celler som används som reservkraft. Vanliga primärceller är engångsbatterier av typerna AA, AAA, C och D.

Den vanligaste typen av primärbatteri är det alkaliska batteriet, detta är den typ av batterier som vi kan köpa i alla affärer idag och som används i konsumentprodukter som kameror, blixtaggregat, musikspelare, radioapparater, ficklampor och liknande.

Tidigare användes nästan uteslutande brunstensbatterier, som är föregångaren till det alkaliska batteriet. En annan typ av primärbatterier som blir allt vanligare är knappceller. Som namnet antyder är batteriet utformat som en knapp eller sammansatt av flera celler till ett batteri, Knappcellerna används i klockor, kalkylatorer, elektroniska leksaker och i hörapparater.

Historiskt sett har zink varit mycket vanligt som anodmaterial i primärbatterier, och återfinns i t.ex. brunstensbatterier, silveroxid-zinkbatterier och zink-luftbatterier. På senare tid har även metalliskt litium som har den högsta energitäthen och högsta spänningen av alla metaller blivit vanligt som anodmaterial. Som katodmaterial användes olika metalloxider som t.ex. mangan- och silveroxid medan elektrolyten oftast är vattenbaserad.

Spänningen med ett zinksystem ligger runt 1,5 volt och för litiumsystemen över 3 volt. För primärbatterier har energitätheten utvecklats från omkring 50 Wh/kg till över 500 Wh/kg.

Viktiga egenskaper förutom spänning och energitäthet är hållbarhet, kostnad, temperatur- och effektegenskaper.

Hållbarhet eller självurladdning är också viktigt eftersom primärceller ofta kan bli kvarlämnade i utrustningen eller lagras under lång tid. Hållbarheten mellan olika batterityper kan variera från något år upp till tjugo år. Även temperaturegenskaperna varierar mellan olika typer, ofta försämras egenskaperna vid låg temperatur och vid hög temperatur kan cellen skadas. Effektegenskaperna varierar kraftigt mellan olika typer, zink luft cellen som använder luftens syre som katod är gjorda för väldigt små effekter med låg ström under lång tid.

Allmänt om sekundärbatterier

Bly-syra (PbA) , nickel-metallhydrid (NiMH), nickel-kadmium (NiCd) och Litiumjon (Li-jon) är de vanligaste laddningsbara batterityperna. Användningsområden varierar mycket, från små batterier i konsumentelektronik, mobiltelefoner och så vidare till stora stationära installationer av industribatterier i t.ex. reservkraft i kärnkraftanläggningar. Ubåtar använder batterier för drift i undervattenläge, dessa batterier har upp till 10 MWh energi. I en installation i Fairbanks i Canada talas om världens största batteri som reservkraft till staden om strömförsörjning från Anchorage skulle slås ut. Batteriet har över 60 MWh energi och kan leverera effekten 46 MW i 5 minuter. Batteriet har levererats från svenska fabriken SAFT i Oskarshamn.

För laddningsbara batterier är cyklingsegenskaperna en viktig egenskap, med cykling avses en urladdnings och en laddningscykel. Ofta anges livslängden i antal cykler som ett batteri kan utsättas för.

Samtidigt kräver laddningsbara batterier ofta ett visst underhåll, vissa blybatterier kräver att man fyller på vatten efter en tids användning. I en laddningsbar cell med en vattenbaserad elektrolyt kan sönderdelande av vatten vara en sidoreaktion. Då delas vatten upp i syrgas och vätgas som ventileras ut ur cellen. Detta vatten måste då ersättas. Här utvecklas underhållsfria celler där vattenförbrukning minimeras eller rekombineras inne i cellen.

Blybatterier är fortfarande det dominerande systemet och bilbatteriet är det vanligaste batteriet. Andra vanliga användningar är motorcykelbatterier, lastvagnsbatterier, truckbatterier för gaffeltruckar i lager, stationära batterier som reservkraft i tele- och elanläggningar och UPS-batterier för avbrottsfri kraft.

Det är numera förbjudet att sälja NiCd-batterier som hushållsbatterier till konsumentelektronik, dvs. små NiCd batterier. NiCd batterier för industriändamål tillverkas och säljs fortfarande. Tillverkare av stora industribatterier har kontroll på insamling och återvinning av batterierna medan hushållsbatterier ofta hamnar i soporna och sprids i miljön.

Som ett miljövänligt alternativ utvecklades NiMH batterierna. Dessa används idag i stor utsträckning i konsumentelektronik som handverktyg, rakapparater osv. En annan stor användning av NiMH batterier är i hybridfordon.

Litär det batterisystem där tillverkning och användning ökar snabbast. För tio år sedan var det vanligt med NiMH i mobiltelefoner och bärbara datorer idag är det så gott som 100% litiumjon. Tack vare det höga energiinnehållet används litiumjonbatteriet i nästan all konsumentelektronik, smartphones, surfplattor, fotoutrustning osv. Dagens surfplattor hade knappast varit möjligt utan dessa batterier. Samtidigt väntar och förbereder sig de stora batteriproducenterna på genombrottet inom elektrifiering av fordon med hybridfordon, laddhybrider och batterifordon. Fordonselektrifieringen innebär mycket stora produktionsvolymer. Även denna utveckling bygger på litiumjonbatteriet. Den årliga ökningen av produktionsvolymen ligger på 15 – 20 % och kostnaden sjunker med 5 – 10% per år.