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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
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Batterien für Haushaltsgeräte

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen

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In den letzten Jahren sind auf dem russischen Markt viele verschiedene galvanische Zellen zur Stromversorgung von Haushaltsgeräten erschienen. Gleichzeitig fehlen Informationen zur Beurteilung und Auswahl der Elemente, die für eine bestimmte Ausrüstung am besten geeignet sind. Ziel dieses Artikels ist es, diese Lücke zu schließen und unseren Lesern zusätzliche Informationen anzubieten.

In jeder galvanischen Zelle besteht die elektrochemische Reaktion aus dem Prozess der Oxidation an der negativen Elektrode und der Reduktion an der positiven Elektrode. Die Reaktionen sind voneinander beabstandet und die am Minuspol gebildeten Elektronen gelangen über den äußeren Stromkreis zum Pluspol und nehmen dort an der Reduktionsreaktion teil.

Abhängig von den Materialien der Elektroden und der Zusammensetzung des Elektrolyten kann die elektromotorische Kraft (EMF) an den Anschlüssen des Elements unterschiedlich sein. Der EMF-Wert wird durch die Differenz der elektrochemischen Potentiale der Elektroden bestimmt. In der Tabelle 1 zeigt einige Parameter der am häufigsten verwendeten galvanischen Zellen.

Batterien für Haushaltsgeräte

Die Kupfer-Zink-Zelle arbeitet trotz der niedrigen Spannung und anderer Nachteile (flüssiger Säureelektrolyt, Reinigungsbedarf) viele Jahre lang stabil bei niedrigem Strom und wird in jüngster Zeit häufig in Bahnautomatisierungssystemen eingesetzt. In der Praxis sind wir derzeit mit einer begrenzten Anzahl von Elementen konfrontiert. Dies sind Salz, Alkali, Quecksilber, Silber, Luft und Lithium.

Elemente aus Salz

Sie werden auch Mangan-Zink- oder Kohlenstoff-Zink-Elemente genannt. Bei ihnen besteht die positive Elektrode aus Graphit und die negative Elektrode aus Zink (Zellkörper). Die Funktion des Elektrolyt-Depolarisators übernimmt eine Mischung aus Mangandioxid und Ammoniumchlorid. Die EMK der Salzzelle beträgt 1,6 V und eine Reihenschaltung erzeugt Batterien mit der erforderlichen Spannung. Elemente für solche Batterien sind oft nicht zylindrisch, sondern rechteckig.

Der Betriebstemperaturbereich von Salzelementen liegt zwischen -20 °C und +55 °C. Bei niedrigeren Temperaturen nimmt jedoch der der Last zugeführte Strom ab. und bei höheren Temperaturen beschleunigt sich die Zerstörung der Zinkelektrode und der Elektrolyt trocknet schneller aus.

Im letzten Jahrzehnt wurden Salzzellen erheblich verbessert: Um die Zerstörung des Zinkkörpers zu verringern, wurde dem Elektrolyten Quecksilber zugesetzt, das dann durch umweltfreundliche organische Zusätze ersetzt wurde. Diese Verbesserungen können die Lebensdauer der Zellen auf drei Jahre verlängern, obwohl die Haltbarkeit normalerweise im Bereich von 9 bis 12 Monaten angegeben wird.

Salzelemente mit verbessernden Zusätzen werden in einem zuverlässigeren Design hergestellt – außen befindet sich ein Schutzgehäuse aus Stahl (seltener Kunststoff) und innen befindet sich Zink. Diese Elemente sind sicherer zu verwenden und. Darüber hinaus weisen sie eine höhere Energieintensität auf. Der Körper eines solchen Elements ist oben und unten mit geformten Metallscheibenelektroden mit einer Dichtung in Form von Polymerdichtungen verschlossen.

Dennoch haben galvanische Salzzellen die niedrigste elektrische Kapazität unter den chemischen Stromquellen und betragen 450...850 mAh (im Folgenden werden die Werte für eine Zelle im AA-Format angegeben). Sie sind für den Einsatz in Geräten mit niedrigem und mittlerem Stromverbrauch bestimmt: Uhren, Fernbedienungen für Haushaltsgeräte, Kinderspielzeug, Alarmgeräte, Taschenradios.

Um die Lebensdauer von Salzzellen zu verlängern, empfiehlt es sich, bei neuen Sets auch bereits gebrauchte zu verwenden, diese jedoch nicht in einen vollständig entladenen Zustand zu versetzen. Dies ist auf den sehr langsamen Prozess des Ausgleichs lokaler Inhomogenitäten im viskosen Elektrolyten während der Entladung und auf eine gewisse Wiederherstellung der Eigenschaften des Elements während der „Ruhe“ zurückzuführen. Insbesondere wird nicht empfohlen, einen Satz Salzelemente länger als zwei Stunden hintereinander in einem Audioplayer zu verwenden.

Alkalische Elemente

Alkalische Zellen unterscheiden sich optisch praktisch nicht von Salzzellen; sie enthalten Kohlenstoff- und Zinkelektroden, Mangandioxid, verwenden aber anstelle von Ammoniumchlorid einen alkalischen Elektrolyten. Deshalb werden sie alkalisch oder alkalisch genannt. Der alkalische Elektrolyt verhindert die Freisetzung von Gasen während des Betriebs der Zellen, daher werden sie in einer versiegelten Version hergestellt. Die EMK solcher Elemente ist etwas geringer als die von Salzelementen. Sie haben jedoch eine höhere spezifische Kapazität, einen höheren Entladestrom und eine höhere Haltbarkeit (bis zu fünf Jahre). Die Kapazität alkalischer Zellen liegt zwischen 1000 und 3700 mAh. Sie bleiben bei Temperaturen von -30 °C bis +55 °C betriebsbereit.

Der bedeutendste Unterschied zwischen alkalischen Elementen und Salzelementen ist jedoch der langsamere Spannungsabfall während des Entladevorgangs (am Ende nimmt er jedoch stark ab).

Da die Kapazität von Alkalizellen viel höher ist als die von Salzzellen, werden sie in Geräten mit mittlerem und hohem Energieverbrauch eingesetzt: in Fotoblitzen, Elektrorasierern, Diktiergeräten, Abspielgeräten, tragbaren Radios und Tonbandgeräten, Telefonen und Radiosendern, leistungsstarke elektrische Lampen.

Quecksilber Elemente

Quecksilber wird seit langem erfolgreich zur Verbesserung der Salzelemente mit Zink eingesetzt. Dadurch entstanden Elemente mit Mangandioxid und Quecksilberoxiden. Das Quecksilberelement hat eine große Kapazität und eine sehr lange Haltbarkeit. Die EMK eines solchen Elements ist nur 0.15 V geringer als die eines alkalischen Elements, aber aufgrund der Gefahr der Umweltverschmutzung mit Quecksilber werden solche Elemente in Haushaltsformaten immer seltener hergestellt (Elemente mit der Aufschrift „Merquri“ können nicht geworfen werden in Mülltonnen, und wir haben spezielle Container für gefährliche Abfälle (leider noch nicht).

silberne Elemente

Sie sind wirklich aus Silber – die positive Elektrode in ihnen besteht aus Silberoxiden. Die EMF von Silberelementen ist 0.25 V größer als die von Salzelementen. Sie sind teuer, selten und an der Aufschrift „Silber“ zu erkennen.

Air-Zink-Elemente

In diesen Zellen sind Zink und Luft an der elektrochemischen Reaktion beteiligt, weshalb in ihrem Gehäuse Löcher vorgesehen sind. Zink-Luft-Zellen haben eine hohe Kapazität und eine lange Haltbarkeit. Ihre Selbstentladung beträgt bei Raumtemperatur höchstens 2 % pro Jahr. Diese Elemente müssen jedoch in einem hermetisch verschlossenen Zustand gelagert werden, um das Eindringen von Luft in das Innere zu verhindern. Diese Funktion führte zusammen mit einem sehr engen Bereich an Betriebsparametern zu einer begrenzten Produktion von Elementen im Verbraucherformat. Die EMF von Zink-Luft-Zellen beträgt 1.4 V bei einer Kapazität von 70 bis 600 mAh. Betriebstemperaturbereich - von -18°C bis +50°C. Sie werden hauptsächlich in Hörgeräten eingesetzt.

Lithium-Zellen

Lithiumbatterien sind erst vor relativ kurzer Zeit aufgetaucht. Sie verwenden negative Lithiumelektroden und einen Elektrolyten mit Mangandioxid auf Basis organischer Verbindungen. Die Elemente sind in einem weiten Temperaturbereich (von -30 °C bis +65 °C) einsetzbar, verfügen über eine hohe Kapazität und eine sehr lange Haltbarkeit bei sehr geringer Selbstentladung (bis zu 10 Jahre).

Lithium hat im Vergleich zu allen anderen Metallen das höchste negative Elektrodenpotential. Die EMF dieses Elements beträgt 3,8 V. Lithium ist ein teures Metall, daher wurden Lithiumelemente hauptsächlich dort eingesetzt, wo ein langfristig zuverlässiger Betrieb erforderlich war, beispielsweise in Notstromversorgungen für Computerspeicherchips und in der Raumfahrttechnik.

Bisher wurden Lithiumzellen nur in „Knopf“-Versionen („Push-Button“) für Uhren, Taschenrechner, Kameras und Computer hergestellt. Mit sinkenden Kosten kommen Lithiumzellen nach und nach nicht nur für Geräte mit hohem Stromverbrauch zum Einsatz (moderne Kameras, Videokameras – Elemente CR123, 2CR5 und CR2). aber auch für andere Geräte.

Leider gibt es heute keine einheitliche Bezeichnung von Elementen – es gibt ein amerikanisches Maßsystem, es gibt ein internationales – IEC, und führende Unternehmen geben auf ihren Produkten oft mehrere Bezeichnungen an (siehe Tabelle 2, sowie „Radio“, 2000). , Nr. 2, S. 47).

Batterien für Haushaltsgeräte

Nach dem IEC-System bezeichnet der Buchstabe „R“ ein zylindrisches Element und „F“ ein rechteckiges. Das Hinzufügen eines „L“ vor einem „R“ oder „F“ bedeutet, dass das Element alkalisch ist. Im Allgemeinen umfasst die vollständige Bezeichnung im IEC-System 14 Zeichen, unterteilt in fünf semantische Gruppen, was möglicherweise zu einem ernsthaften Hindernis für ihre Umsetzung geworden ist. Es wird ausführlich im Artikel von R. Varlamov „Fremde Elemente und Batterien des MC-Systems“ (Radio, 1996, Nr. 3) beschrieben.

Der Verbraucher ist an der Lebensdauer der Batterie und dem erschwinglichen Preis interessiert, und die Lebensdauer des Elements hängt in erster Linie von seiner elektrischen Kapazität ab. Hersteller versuchen, diesen Parameter nicht anzugeben, und sie haben dafür sehr gute Gründe. Tatsache ist, dass die tatsächliche Kapazität von den Entladebedingungen abhängt. Wie schnell die Spannung an der Zelle beim Entladen abnimmt, hängt vom Laststrom und der Art des Elektrolyten ab. Sie können das Element nicht auf Null entladen - das Gerät benötigt eine bestimmte Spannung und kann bei niedriger Spannung nicht funktionieren.

Die minimal zulässige Spannung beim Entladen wird als Abschaltspannung bezeichnet. Sie wird durch die Betriebseigenschaften bestimmt und liegt normalerweise zwischen 0,8 und 1 V. Je niedriger die Abschaltspannung, desto mehr Energie kann das Element abgeben.

Die Einführung neuer Technologien ermöglicht es, die Eigenschaften von Elementen zu verbessern – Kapazität, Haltbarkeit, Entladestrom zu erhöhen. Duracell hat beispielsweise die Titan-Technologie eingeführt – die Zugabe von Titandioxid zum Elektrolyten erhöht die Lebensdauer von Elementen in Geräten mit geringem Stromverbrauch.

Panasonic hat die Power-Activator-Technologie eingeführt, TDK hat die X-treme-Technologie eingeführt. GP-Batterien – Super-Alkali, Energizer – High-Tech-Formel. Durch die Verwendung von fein dispergiertem, hochleitfähigem, körnigem Graphit und gelförmigem organischen Elektrolyten in der einen oder anderen Form konnten diese Unternehmen die Eigenschaften von Zellen bei mittlerem und hohem Energieverbrauch deutlich verbessern.

Einerseits verbessern produzierende Unternehmen ihre Haushaltsgeräte kontinuierlich, um den Energieverbrauch zu senken, andererseits besteht bei der Entwicklung der Batterieproduktion die Tendenz, deren Energieintensität und Entladestrom zu erhöhen. Beispielsweise betont Panasonic, ein Hersteller von Haushaltsgeräten und Batterien, bei der Werbung für den RQ-SX20-Player, dass proprietäre LR6-Alkalizellen (mit Power-Activator-Technologie) eine 45-stündige Wiedergabe von Aufnahmen ermöglichen.

In Werbematerialien berichten Unternehmen meist davon, dass die von ihnen produzierten neuen Batterien eine deutlich höhere Kapazität aufweisen (ohne deren Wert anzugeben).

Panasonic liefert folgende Ergebnisse zur Steigerung der tatsächlichen Kapazität der neuen LR6 Power Alkaline-Elemente: Bei Verwendung in einem CD-Player mit einem Verbrauchsstrom von 170...300 mA erhöhte sich die Betriebszeit der Elemente um 20 %. in einer Taschenlampe mit Halogenlampe (Stromverbrauch 600.. 800 mA) - um 20 %. in der Digitalkamera Casio QV-10 (Leistung 315 mW) - um 28 %. beim IBM ThinkPad 230-Laptop um 30 % und beim Nikko-Spielzeugauto um 45 %. Ein Satz aus zwei Panasonic LR6-Elementen kann mehr als 500 Blitze in kurzen Abständen zwischen den Blitzen erzeugen. Wie Sie sehen, wieder Werbung: Weder die Blitzleistung noch der Abstand zwischen ihnen werden angegeben.

Energiser-Elemente werden auf ähnliche Weise beworben: Das Unternehmen gibt an, dass seine LR6-Elemente in einer Digitalkamera 50 % länger halten. in einem Taschenradio - um 45 %. in einem Mobiltelefon - um 40 %. in einer tragbaren Taschenlampe - um 80 %, in einem funkgesteuerten Automodell - um 40 % im Vergleich zu herkömmlichen (Salz-)Elementen.

In Wirklichkeit unterscheiden sich die Kosten von Salz- und Alkalibatterien gleicher Größe um das 4- bis 5-fache und die Lebensdauer um das 6- bis 8-fache.

Die tatsächliche elektrische Kapazität einer bestimmten Batterie lässt sich anhand der Markierungen kaum ermitteln. Auch wenn die Elemente scheinbar identisch sind, kann es durchaus erhebliche Unterschiede geben. In der Tabelle Abbildung 2 zeigt die Kapazität von Salz und in Klammern alkalische galvanische Zellen.

Darüber hinaus ist die wichtigste Eigenschaft des Elements der maximale Strom. den dieses Element kurzzeitig, aber stabil an den Verbraucher abgeben kann – den sogenannten Blitzstrom. In der Tabelle Abbildung 3 zeigt die Blitzstromwerte einiger Elemente.

Batterien für Haushaltsgeräte

Der Blitzstrom unterscheidet sich vom Kurzschlussstrom bei einem externen Stromkreiswiderstand von Null. Im letzteren Fall wird keine Nutzarbeit geleistet und die Dauer des Fehlerstromimpulses beträgt den Bruchteil einer Sekunde. Der Blitzstrom wird bei einem bestimmten, wenn auch sehr geringen Widerstand des äußeren Stromkreises gemessen, oft sogar im Vergleich zum Innenwiderstand der Quelle. Dieser Strom leistet nützliche Arbeit und seine Dauer beträgt mehrere Sekunden (bis zu zehn).

Der Wert des Blitzstroms ist für Verbraucher mit kurzfristiger periodischer starker Belastung – Kameras mit automatischem Filmvorlauf, Fotoblitze – von großer Bedeutung. Zellen und Batterien mit hohem Blitzstrom verfügen in der Regel über erhebliche Energiereserven. Beispielsweise sind die Batterien in Einweg-Kamerasets von Polaroid in der Lage, noch lange nach der Verwendung des Fotosets einen Strom von bis zu 10 A zu liefern.

Der Mangel an Elementparameterwerten wird durch unter verschiedenen Bedingungen durchgeführte Testtests ausgeglichen.

In der Tabelle Abbildung 4 zeigt die Testergebnisse von AA-Elementen (UM3, MN1500, R6, LR6) bei der Arbeit in einem Audioplayer. Diese Verwendung von Elementen ist eine der am weitesten verbreiteten. Die bereitgestellten Informationen verdeutlichen deutlich den Vorteil alkalischer Elemente gegenüber salzhaltigen Elementen. Für den Verbraucher sind die dargestellten Parameter von größerem Wert als die vielversprechenden Werbeaussagen von Unternehmen.

Batterien für Haushaltsgeräte

Wie kann man zwischen Elementen unterschiedlicher Art unterscheiden und nicht auf eine Fälschung oder einfach ein minderwertiges Produkt stoßen, das von jemandem unbekannt und unbekannt wo hergestellt wurde?

Die Liste der führenden Unternehmen, die Batterien herstellen und ihre Produkte auf dem russischen Markt verkaufen, ist sehr lang. Dies sind Duracell, Energiser, Panasonic, Varta, Kodak, TDK und andere. Somit ist bereits der Name eine Art Empfehlung, insbesondere wenn das Element und das Gerät, für das Sie es kaufen möchten, von derselben Firma hergestellt werden.

Allerdings ist zu bedenken, dass man auf alkalischen, fortgeschritteneren und energieintensiveren Elementen fast immer die Bezeichnung „Alkaline“ findet. Aufschriften weisen auf eine verbesserte Produktionstechnologie hin – „Power Alcaline“, „X-Treme“. „Super alkalisch“. Auch „High-Tech“, „Titanium“ sind eine verlässliche Empfehlung. Sie sollten bei der Auswahl eines Akkus für ein bestimmtes Gerät unbedingt darauf geachtet werden.

Man hört oft, dass der ganz aus Metall gestanzte Körper eines Elements (insbesondere mit einer nicht glatten Bodenoberfläche) darauf hindeutet, dass es sich um ein Salzelement handelt. Dieses Merkmal ist nicht absolut – verbesserte Salzelemente haben einen schützenden Metallkörper mit geformten Metallscheiben an den Enden und sind daher optisch nur schwer von alkalischen Elementen zu unterscheiden.

Sie können zwischen Salz und alkalischen Elementen durch die Bezeichnung ihrer Marke und Inschriften unterscheiden.

Der Buchstabe „R“ steht für Salzelemente (R1, R03, R6, R14, R20 usw.). Verbesserte Salzelemente werden zusätzlich mit den Buchstaben „P“ oder „S“ (seltener HD, HE, EH, UP, UPS) bezeichnet – zum Beispiel R6P, SUMS, R20UPS.

Der Buchstabe „L“ wird in die Bezeichnung eines alkalischen Elements eingetragen – LR1, LR03, LR6, LR14, LR20, 6LF22 – und fast immer wird die Aufschrift „Alkaline“, „Super Alkaline“ usw. hinzugefügt.

Die Luftelemente Quecksilber, Silber und Zink werden jeweils als „Merqury“, „Silver“ (oder „Silber“) bezeichnet. „Zn-Luft“, aber für Haushaltsgeräte empfiehlt es sich, Elemente mit der Aufschrift „0% Merqury“, „0% Merqury & Cadmium“ zu verwenden. „0 % Quecksilber und Cadmium hinzugefügt.“ „0 % Quecksilber Cadmium“, „0 % Hg Cd“, „Merqury Free“.

Ein weiterer verlässlicher Beweis für die hohe Qualität von Batterien ist ihre Verpackung. Seriöse Unternehmen verpacken ihre Produkte in sogenannten Blisterbehältern auf Kartonrückseite – transparente Kunststoffhüllen, die den Blick auf die verpackten Elemente ermöglichen und diese zuverlässig vor Feuchtigkeit und mechanischer Beschädigung schützen.

Typischerweise werden mehrere Elemente (zwei bis vier R6-Elemente oder zwei R14 – R20-Elemente) in einer transparenten Kunststoffhülle auf eine bunte Pappunterlage geklebt, auf der der Firmenname, sein Warenzeichen und weitere Informationen über das Unternehmen und das Produkt, einschließlich der Länderbarcode, werden wiederholt. Hersteller. Geben Sie unbedingt das Verfallsdatum an – diese Informationen werden auf der Verpackung und auf dem Elementkörper in Form von eingestanzten Zahlen wiederholt: zum Beispiel 09.99. Dies ist am typischsten für Salzelemente. Bei alkalischen Produkten wird das Verfallsdatum meist in Form einer Aufschrift auf dem Gehäuse angegeben: INSTALLIEREN BIS JAN 2001, Mindesthaltbarkeitsdatum MÄRZ 2003 oder einfach JAN2001 und MÄRZ2003.

In letzter Zeit haben einige Unternehmen begonnen, Verpackungen und Kartonträger einzusparen und ihre Produkte nicht mit Polymerfolie zu schützen. Zwar finden sich auf der Rückseite der Kartonverpackung in mehreren Sprachen Informationen zu den Funktionsmerkmalen und Garantien des Produkts. Mehrere Unternehmen haben bereits damit begonnen, diese Aufschriften auf Russisch zu drucken. Im Allgemeinen sind die Informationen auf der Verpackung von Elementen führender Unternehmen viel aussagekräftiger als die Etiketten auf dem Element selbst.

Hier sind Beispiele für Inschriften auf Salzelementen im AA-Format.

GP Batteries, Greencell Extra Heavy Duty 15G „SIZEAA“ 1,5 V, 0 % Merqury (Hongkong) – Salzzelle (in deren Bezeichnung dies nicht erwähnt wird), Größe AA. „Heavy Duty“, enthält kein Quecksilber.

Firma Varta, Element Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% Merqury Cadmium. 0 % Quecksilber Cadmium (hergestellt in Frankreich) ist ein Salzelement gleicher Größe, und diese Größe wird in der Kennzeichnung viermal wiederholt (MIGNON'R6'AA'UM3). enthält kein Quecksilber und Cadmium.

Alkalische Elemente des gleichen Formats.

Firma Duracell, Element Duracell Alkaline 1.5 V'SIZEAA'MN 1500 LR6, JAN2001 – alkalisches AA-Element, Größenbezeichnung dreimal wiederholt, Haltbarkeit – bis Januar 2001. Keine Umwelthinweise.

Aber auf der Verpackung dieses Elements kann man eine vollständigere Bezeichnung lesen: Alkaline'ExtraPower'Titanium 'AA' MN1500'LR6'Mignon, Umweltinformation - 0% Cd? 0 % Hg, 0 % Pb und Produktionsort – Belgien. Dort werden auch Empfehlungen gegeben: Ersetzen Sie den gesamten Elementsatz, laden Sie ihn nicht auf, bringen Sie ihn nicht in die Nähe des Feuers und verwenden Sie nicht gleichzeitig Elemente unterschiedlichen Typs und Systems (wir werden hinzufügen, und mit unterschiedlichem Entladungsgrad). .

Üblicherweise sind am Gehäuse des Elements Warnschilder in mehreren Sprachen angebracht: Nicht ins Feuer werfen! Nicht wiederaufladbar! (Nicht ins Feuer werfen! Nicht nachladen!).

Der Kern dieser Inschriften besteht darin, dass moderne alkalische und noch mehr Lithium-galvanische Zellen sehr oft explodieren, wenn sie erhitzt werden oder wie eine Batterie versucht werden, sie aufzuladen. Und der Inhalt einer galvanischen Zelle ist alles andere als sicher, auch wenn er kein Quecksilber, Blei oder Cadmium enthält. Sie können von einer Reihe von Unternehmen hergestellte Elemente finden, bei denen diese Aufschriften auf Russisch wiederholt werden (und auch auf der Verpackung).

Wenn die Batterien schlecht verpackt oder unordentlich sind und keine Hinweise darauf enthalten, wo sie hergestellt wurden und wie lange sie abgelaufen sind, erfüllen solche Produkte möglicherweise nicht Ihre Erwartungen und es ist gefährlich, sie zu kaufen. In der Regel gehören sie zu den günstigsten. Daher ist der hohe Preis der Elemente auch ein indirekter Beweis für hohe Verbrauchereigenschaften.

Autor: M.Mikhailov, Moskau

Siehe andere Artikel Abschnitt Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen.

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