Fragen zu Lithiumbatterien

[xtra1331]

Hallo zusammen

Ich habe ein paar kurze Fragen zu Lithiumzellen (z.B. von energizer) und freue mich sehr über ein paar Infos diesbezüglich.

Die Fragen beziehen sich nicht nur auf Taschenlampen, sondern auf alle Produkte, die mit Batterien betrieben werden:

Kann ich generell Alkaline-Batterien wie AA und AAA Zellen gegen Lithium-Batterien austauschen oder gibt es da was zu beachten?

Ich komme auf die Frage, weil mir - hier im Forum - z.B. mal zu NiMH Zellen (Eneloop) gesagt wurde, dass diese aufgrund des geringen Innenwiderstandes in manchen Taschenlampen Probleme machen können, weil diese aufgrund schlechter elektronischer Regelung auf hohe Innenwiderstände angewiesen sind.
Aber die Frage ist nicht nur auf Innenwiderstände bezogen, sondern auf alle Parameter, die ggf. eine Rolle spielen, sodass ich zukünftig bei jedem Produkt weiß, ob ich Alkaline- gegen Lithiumbatterien austauschen kann.

Und wie sieht es da bei Knopfzellen aus? Kann ich da jede Knopfzelle in das Fach einlegen, solange diese passt? Also bezogen auf Lithium gegen Alkaline zum einen und auch noch weitergefasst Silberoxid Zellen. (habe nämlich Knopfzellen betriebene Geräte, wo ich nicht mehr weiß, welche Zellchemie da ursprünglich drin war)

Vielen Dank!

 

[steidlmick]

Kann ich generell Alkaline-Batterien wie AA und AAA Zellen gegen Lithium-Batterien austauschen oder gibt es da was zu beachten?

Ja, du kannst klassische AA- und AAA-Einwegbatterien fast immer problemlos gegen entsprechende Lithium-Einwegzellen austauschen, dabei gibt es nichts weiter zu beachten.
Diese Lithium-Batterien sind so genannte LiFeS₂-Batterien und kommen auf eine Zellenspannung unter Last von ~1.5V, also wie eine AA- und AAA-Alkaline-Zelle auch.

Ich komme auf die Frage, weil mir - hier im Forum - z.B. mal zu NiMH Zellen (Eneloop) gesagt wurde, dass diese aufgrund des geringen Innenwiderstandes in manchen Taschenlampen Probleme machen können, weil diese aufgrund schlechter elektronischer Regelung auf hohe Innenwiderstände angewiesen sind.

Ja, es gab mal sehr billig konstruierte Einfachst-LED-Taschenlampen (z.B. von LED Lenser) die auf den erhöhten Innenwiderstand von Alkaline-Batterien als stromregulierendes Element setzten. Dort wären Lithium-Batterien keine geeignete Alternative.
Dabei handelt es sich natürlich um lächerlichste Schrott-Technik und stellt aus meiner Sicht die inkompetentesten Herangehensweise dar, eine LED-Taschenlampe zu konstruieren.

Derartige Sonderfälle von technischer Unwillig- oder Unfähigkeit lassen sich schwerlich mit einer Pauschalantwort beantworten, aber in geschätzt 99,5% aller Anwendungsfälle kannst du 1:1 Alkaline- und Lithium-Einwegbatterien gegeneinander austauschen.

...sodass ich zukünftig bei jedem Produkt weiß, ob ich Alkaline- gegen Lithiumbatterien austauschen kann.

Du hast nichts zu beachten und kannst das einfach machen, abgesehen von solchen seltenen Spezialfällen wie zuvor erwähnt, aber das sind wirklich seltene Fälle von Unwillig- oder Unfähigkeit der Hersteller.

Und wie sieht es da bei Knopfzellen aus? Kann ich da jede Knopfzelle in das Fach einlegen, solange diese passt?

In der Regel geht das, man sollte aber auf die Zellenspannung achten!

Bei den Knopfzellen gibt es 1.5-V-Zellen (Alkaline oder als Alternative Silberoxid) und auch 3-V-Zellen (Lithium-MnO₂), da muss man aufpassen, dass man nicht versehentlich mal eine 3-V-Zelle in ein 1.5-V-Gerät steckt.
Zwar unterscheiden sich die Bauformen meistens deutlich genug, aber wer weiß...

...habe nämlich Knopfzellen betriebene Geräte, wo ich nicht mehr weiß, welche Zellchemie da ursprünglich drin war

Silberoxid-Zellen und Alkaline-Zellen lassen sich gegeneinander 1:1 tauschen, aber Lithium-Zellen passen nur in Geräte, die dafür ausgelegt sind.

 

[light-wolff]

Ja, du kannst klassische AA- und AAA-Einwegbatterien fast immer problemlos gegen entsprechende Lithium-Einwegzellen austauschen, dabei gibt es nichts weiter zu beachten.
Diese Lithium-Batterien sind so genannte LiFeS2-Batterien und kommen auf eine Zellenspannung unter Last von ~1.5V, also wie eine AA- und AAA-Alkaline-Zelle auch.

Da muss ich ausnahmsweise widersprechen, aber sowas von.
In Taschenlampen, in denen schon NiMH wg. ihres niedrigen Innenwiderstands Probleme machen, tun das LiFeS2 erst recht, denn sie haben zusätzlich zum niedrigen Innenwiderstand noch eine höhere Urspannung.
Alkaline und LiFeS2 sind bzgl. Spannungslage bei ernsthafter Last völlig verschieden.

Und wie sieht es da bei Knopfzellen aus? Kann ich da jede Knopfzelle in das Fach einlegen, solange diese passt? Also bezogen auf Lithium gegen Alkaline zum einen

Die haben verschiedene Spannungen, Li 3V und Alkaline 1,5V, geht also nicht. Aber Li-Knopfzellen haben ganz andere Bauformen, so dass kaum die Gefahr besteht, hier etwas zu verwechseln. Um bei (primitiven Schlüsselbund-)Lampen zu bleiben: die haben oft AG13/LR44 Knopfzellen, die kommen aus dem Uhrenbereich. Es gibt aber keine Li-Zellen in dieser Bauform.

egen Alkaline zum einen und auch noch weitergefasst Silberoxid Zellen.

Silberoxid statt Alkaline geht eigentlich immer. Es gibt Silberoxid oft in 2 Varianten, die sich im Innenwiderstand (d.h. Stromlieferfähigkeit, high drain, low drain) unterscheiden. Silberoxid-Zellen sind wesentlich teurer als Alkaline, laufen aber auch nicht so schnell aus. und haben konstantere (und etwas höhere) Spannung über die Entladedauer. Ich persönlich verwende z.B. in Armbanduhren ausschließlich Silberoxid, auch wenn ursprünglich Alkaline drin war.

https://www.sii.co.jp/en/me/battery/products/silver-oxide/cross-reference/

 

[steidlmick]

Da muss ich ausnahmsweise widersprechen, aber sowas von.
In Taschenlampen, in denen schon NiMH wg. ihres niedrigen Innenwiderstands Probleme machen, tun das LiFeS2 erst recht, denn sie haben zusätzlich zum niedrigen Innenwiderstand noch eine höhere Urspannung.

Wie schön, dass du - wieder mal - so ausgesprochen selektiv zitierst, ich habe es schon erwartet.

Hättest du nicht einfach alles lesen/zitieren können? Auf diesen speziellen Umstand bei minderwertig konstruierten Einfachst-Geräten bin ich nur einen Absatz später auch eingegangen.

 

[xtra1331]

LiFeS2 haben [...] noch eine höhere Urspannung.
Alkaline und LiFeS2 sind bzgl. Spannungslage bei ernsthafter Last völlig verschieden.

Was bedeutet dies jetzt in Bezug auf meine Fragen? Spielt das in der Praxis bei Geräten eine Rolle, wenn man Lithiumbatterien statt Alkaline verwendet, sofern man keine Geräte hat die via Innenwiderstand der Zellen regulieren? Also hat die Spannung in Ruhe oder Last oder der Strom der möglich ist da eine negative Auswirkung?

Und wie erkennt man eigentlich, ob ein Gerät derart konstruiert ist, dass der Innenwiderstand doch eine Rolle spielt?
Wie wahrscheinlich ist dies bei Markengeräten wie Waagen, Leuchtlupen (Eschenbach, Peak), Radios (Sony). Kann man da ohne weitere Gedanken also davon ausgehen, dass dies keine Problemfälle sind?

Und falls doch etwas schief geht, dann geht das Gerät im schlimmsten Fall kaputt, aber da fackelt nix ab oder so?

PS: Vielen Dank für die präzisen Antworten!

 

[steidlmick]

Mal ganz generell:
Kein Gerät auf dem Markt ist so konstruiert, dass es mit bis zu 1.55 V läuft und bei 1.60 V kaputt geht.
Die Leerlaufspannung einer neuen Alkaline-Batterie beträgt bis zu ~1.65 V, die einer Lithium-Einwegbatterie je nach Hersteller ~1.8 V. Soooo groß sind die Unterschiede also gar nicht.
Der Vorteil der Lithium-Einwegbatterien ist, dass sie unter Belastung immer noch eine gute Zellenspannung von typischerweise 1.5 V erreichen, während die Alkaline-Batterien deutlicher einbrechen (z.T. auf 1.2 V oder weniger).
Dieser Einbruch bei der Zellenspannung ist auf den recht hohen Innenwiderstand der Alkaline-Batterien zurückzuführen.

Bei Geräten mit hoher Stromentnahme können Lithium-Einwegbatterien länger bei höherer Spannung mehr Strom abgeben, als dies Alkaline-Batterien können. Genau dieses Zusammenspiel führte bei einigen Billigst-LED-Taschenlampen zu einer Überlastung der LED.
Und auch wenn es schon erwähnt wurde: Das sind Sonderfälle und nicht die Regel!

Was bedeutet dies jetzt in Bezug auf meine Fragen? Spielt das in der Praxis bei Geräten eine Rolle, wenn man Lithiumbatterien statt Alkaline verwendet, sofern man keine Geräte hat die via Innenwiderstand der Zellen regulieren?

Fast alle elektronischen Geräte, die mit Alkaline-Batterien laufen, haben sowieso noch eine Spannungs- oder Stromregelung im Innern, bei höherwertigen Taschenlampen ist das der Treiber, bei elektronischem Schickschnack wie Waagen, Radios etc. eben ein Spannungsregler.
Solche Geräte haben in der Regel keine Probleme mit Lithium-Einwegbatterien.

Also hat die Spannung in Ruhe oder Last oder der Strom der möglich ist da eine negative Auswirkung?

In fast allen Fällen ist das egal, der höhere mögliche Strom spielt sowieso keine Rolle, die höhere Ruhespannung ist ebenfalls nahezu unbedeutend, von bereits mehrfach erwähnten Billigst-Produkten mal abgesehen.

Und wie erkennt man eigentlich, ob ein Gerät derart konstruiert ist, dass der Innenwiderstand doch eine Rolle spielt?

Das kann man als Laie meistens nicht feststellen.
Tendenziell ist aber ein Gerät, das irgendeine zusätzliche elektronische Schaltung enthält, in dieser Hinsicht meistens nicht anfällig.

Wie wahrscheinlich ist dies bei Markengeräten wie Waagen

Elektronische Waagen haben eine Elektronik und sind daher in der Regel für Lithium-Batterien geeignet.

, Leuchtlupen (Eschenbach, Peak),

Das kommt auf die konkrete Ausführung an, immer wenn Leuchtmittel im Einsatz sind, besteht zumindest die Möglichkeit, dass die Dinger sehr simpel und daher ohne Elektronik/Treiber konstruiert sind.

Radios (Sony).

Radios haben eine Elektronik und sind daher in der Regel für Lithium-Batterien geeignet.

Kann man da ohne weitere Gedanken also davon ausgehen, dass dies keine Problemfälle sind?

s.o., es kommt auf's Gerät an.

Und falls doch etwas schief geht, dann geht das Gerät im schlimmsten Fall kaputt, aber da fackelt nix ab oder so?

Ja, schlimmstenfalls ist das Gerät nachher defekt, aber die Lithium-Batterien explodieren dadurch nicht oder brennen oder so etwas.

Was mir auffällt:
Du hättest offensichtlich gerne so eine Art Generalaussage und -versicherung, dass mit deinen Geräten alles gut geht.
Die wirst du aber nicht bekommen, wenn dir die Sache nicht geheuer ist, dann lass es sein.

Mir persönlich erschließt sich ohnehin nicht der Sinn darin, die teuren Lithium-Batterien verwenden zu wollen, sie können ihre Vorteile eher bei kontinuierlich hohen Stromforderungen, Einsatz in großer Kälte oder geforderter langer Lagerfähigkeit ausspielen, aber eher wenig in regelmäßig benutzten Waagen oder Leuchtlupen...

Keiner von uns hat die fraglichen Geräte konstruiert und es ist nie auszuschließen, dass Hersteller den billigst möglichen Weg gewählt haben.
In solchen Fällen, in denen ein Hersteller so billig wie möglich geplant und gebaut hat, besteht zumindest die Möglichkeit, dass ein Gerät durch Lithium-Einwegbatterien Schaden nimmt.
Darüber hinaus gehende generelle Gefahr besteht aber nicht.

 

[light-wolff]

Diese Lithium-Batterien sind so genannte LiFeS2-Batterien und kommen auf eine Zellenspannung unter Last von ~1.5V, also wie eine AA- und AAA-Alkaline-Zelle auch.

Alkaline und LiFeS2 sind bzgl. Spannungslage bei ernsthafter Last völlig verschieden.

Du schriebst "unter Last" - und genau da habe ich widersprochen. Und bleibe dabei. Oder bist du der Meinung, dieser Satz von mir treffe nicht zu?

Wie schön, dass du - wieder mal - so ausgesprochen selektiv zitierst, ich habe es schon erwartet.

Du hast in deinem Zitat meine eigentliche Aussage komplett weggelassen. Also 1:1.


Ich finde diese Lithium-Batterien nur in Geräten empfehlenswet, die viele Jahre laufen oder großer Kälte ausgesetzt sind oder sehr lange einsatzbereit sein müssen. Weil sie nicht auslaufen, praktisch keine Selbstentladung haben und auch bei -20°C noch funktionieren. Z.B. Wecker (da laufen Batterien oft aus, bevor sie leer sind), Funk-Außenthermometer, Notfall-Lampen, Lawinenpiepser. Das geringere Gewicht kann manchmal noch ein Vorteil sein (Stirnlampe).

 

[xtra1331]

kurze Nebenfrage, weil ich dafür nicht extra was öffnen will:

Welche Auswirkungen hat das Auslaufen von Batterien eigentlich?

Ich frage, weil mir kürzlich mehrfach ausgelaufene Alkaline begegnet sind (z.B. in einem Wecker) und ich dort einfach die ausgelaufenen Substanzen mit einem Papiertuch grob weggewischt und neue Alkaline eingelegt habe. Das Gerät funktioniert scheinbar wieder einwandfrei und die übrig gebliebene Reste des Auslaufs sind, soweit ersichtlich, nur im Batteriefach, fallen also zumindest optisch nicht auf.

Muss ich bei sowas dann irgendwelche Konsequenzen befürchten und ist dies also so nicht empfehlenswert?
Oder passiert da jetzt nichts weiter?

 

[steidlmick]

Welche Auswirkungen hat das Auslaufen von Batterien eigentlich?

Das kommt auf die Bauart der Batterie und das Gerät an.
Die heute meistverbreitete Variante ist die Alkaline-Einwegzelle (Alkali-Mangan-Zelle) mit Kalilauge (wässrige KOH-Lösung) als Elektrolyt.

Wenn die Kalilauge ausläuft, dann reagiert das Kaliumhydroxid darin langsam mit dem Luft-CO₂ und es entsteht Kaliumcarbonat. Das ist ungefährlich und löst sich leicht in Wasser, weshalb man die typischen "weißen Verkrustungen" mit feuchten Tüchern leicht wegwischen kann.

Die reine Kalilauge ist nicht ganz so ungefährlich und man sollte vor allem Augenkontakt vermeiden und bei Hautkontakt zügig mit Wasser gründlich spülen.
Für die Bauteile in einem elektronischen Gerät ist die Kalilauge (und auch das feste Kaliumcarbonat, das daraus entsteht) korrosiv, aber nur wenig.

Längere Einwirkung kann zwar zu Korrosionsschäden führen, aber in der Regel sehr viel schwächer, als dies bei den uralten Zink-Kohle-Batterien der Fall war.
Wenn man die "weißen Verkrustungen" einer undichten Alkaline-Einwegzelle gründlich und auch möglichst zügig von allen metallischen Flächen/Kontaktflächen und Leiterplatten entfernt, dann halten die Gerät das in der Regel gut aus.

Bei Lithium-Knopfzellen und Lithium-Einwegzellen in den Größen AA oder AAA ist der Elektrolyt ebenfalls nur wenig korrosiv, auch hier reicht eine zügige und gründliche Reinigung.

Die früher üblichen Zink-Kohle-Batterien sind heute sehr selten geworden (meistens nur noch als Billigst-Angebote) und liefen oft aus und richteten durch ihren sehr viel korrosiveren Elektrolyten (der Elektrolyt war eine Säure, wässrige Ammoniumchlorid-Lösung) auch viel größere Schäden an.
Wenn sie noch zu bekommen sind, sollte man von solchen Batterie-Typen Abstand nehmen, auch wegen der geringeren Kapazität und Leistungsfähigkeit.

Ich frage, weil mir kürzlich mehrfach ausgelaufene Alkaline begegnet sind (z.B. in einem Wecker) und ich dort einfach die ausgelaufenen Substanzen mit einem Papiertuch grob weggewischt und neue Alkaline eingelegt habe.

Das ist jedenfalls schon mal gut so, aber ich würde alle sichtbaren Reste/Verkrustungen so gründlich wie möglich mit einem feuchten Tuch abwischen, auch die, die nur auf Kunststoffteilen zu finden sind.

Muss ich bei sowas dann irgendwelche Konsequenzen befürchten und ist dies also so nicht empfehlenswert?

Wenn du gründlich reinigst, dann ist alles gut.
Wenn noch Reste/Verkrustungen vorhanden sind, dann solltest du auch diese möglichst umfassend entfernen. Wenn das geschehen ist, sind Langzeitschäden wenig wahrscheinlich.

 

[xtra1331]

Der Wecker, wo jetzt noch geringfügige Reste der ausgelaufenen Alkaline Batterien ist, steht eh nur noch als Uhr in einem Nebenraum, da lohnt die Mühe nicht, es gründlicher zu reinigen, wenn das Gerät schlimmstenfalls nur irgendwann nicht mehr funktioniert und sonst keine Gefahr davon ausgeht. Brandgefahr durch Defekte in der Elektronik schätze ich bei Alkaline betriebenen Kleingeräten generell sehr gering ein oder irre ich da?
Aber dann weiß ich für künftige Fälle gut Bescheid. Vielen Dank für die super ausführliche Hilfe hier

 

[steidlmick]

...wenn das Gerät schlimmstenfalls nur irgendwann nicht mehr funktioniert und sonst keine Gefahr davon ausgeht. Brandgefahr durch Defekte in der Elektronik schätze ich bei Alkaline betriebenen Kleingeräten generell sehr gering ein oder irre ich da?

Du irrst nicht, in der Regel dürfte bei solchen Geräten nicht viel passieren.

 

[Flummi]

Nun laufen Batterien ja vornehmlich in Geräten aus, die jahrelang (ohne Batteriewechsel) ihren Dienst tun. Da wäre es ein glücklicher Zufall, das Auslaufen früh zu bemerken. Oft ist es so, dass das Batteriefach beim Abschalten des Geräts schon ziemlich vollgesuppt ist.
Die typischen Batteriekontakte sind dann oft hinüber. Da hilft (langfristig) keine Reinigung mehr. Die (Chrom? Nickel?) Schutzschicht ist kaputt und der verbliebene Rest korrodiert wieder schnell.
Ich konnte auch schon bei Geräten beobachten, dass die Lauge in Anschlusslitzen bis zur Elektronik vorgedrungen ist. Totalschaden.
Bei Billigprodukten mag das verschmerzbar sein.

Alkaline benutze ich nur noch in Tastaturen/Mäusen. Sonst - wenn es geht und die Laufzeit aufgrund der niedrigeren Spannung nicht zu sehr eingeschränkt wird - Eneloop. Sonst Lithium oder bei 3V-Geräten eine Kombi aus LiFePO4 + Dummyzelle.

 

[light-wolff]

Die typischen Batteriekontakte sind dann oft hinüber. Da hilft (langfristig) keine Reinigung mehr. Die (Chrom? Nickel?) Schutzschicht ist kaputt und der verbliebene Rest korrodiert wieder schnell.

Auch meine Beobachtung, z.B. in Weckern oder Uhren. Mit Alkaline, nicht Zink-Kohle. Mit einen Glasfaserstift kann man Kontaktfedern noch retten, wenn die Korrosion noch nicht zu weit fortgeschritten ist (um den Preis des Verlustes der korrosionsschützenden Beschichtung, also künftig schlechterem Kontakt), aber ich hab' auch schon genügend Fälle gesehen, wo Federn deswegen schon zerbröselt waren. Da noch einen Ersatz zu improvisieren lohnt selten. In sehr sparsamen Geräten können Alkaline auch auslaufen, bevor sie leer sind.

 

[Flummi]

Mit einen Glasfaserstift kann man Kontaktfedern noch retten,

Ich nutze einen kleinen Dremel mit Metallbürste. Da bekommt man auch tiefere Oxydschichten weg, muss das aber ggf. alle halbe Jahre wiederholen...