Inleiding
Alessandro Volta was de eerste die een elektrochemische batterij heeft beschreven. Deze bestond uit een stapeltje metalen schijfjes, afwisselend koper en zink, van elkaar gescheiden door in zout gedrenkte stukjes papier. Volta besefte echter nog niet dat dit een chemische reactie betrof, en dacht dat een dergelijke cel onuitputtelijke energie leverde...
Dankzij de uitvinding van de (droge) batterij werd het mogelijk draagbare elektrische uurwerken te ontwikkelen.
Onder een batterij verstaan een draagbare droge bron van elektrische energie. Het juiste woord is een cel; een batterij betreft een reeks van aan elkaar gekoppelde cellen.
Onder elektrische horloges worden alle om de pols draagbare uurwerken verstaan, die elektriciteit als energiebron nodig hebben.
Batterijen voor horloges zijn speciaal ontworpen voor dat doel; ze zijn zeer klein en leveren bijzonder kleine hoeveelheden energie gedurende zeer lange tijd (jaren).
Werking
Een batterij bestaat uit 2 elektroden, gemaakt van verschillende metalen, waarvan een meestal tevens als behuizing dienst doet. Beide elektroden zijn omgeven door een geleidend elektrolyt, maar raken elkaar verder niet.
Het elektrolyt brengt aan de elektroden (polen) een chemische (redox) reactie teweeg:
van de pool, die hoger in de elektrochemische rangorde staat, worden elektronen vrijgemaakt (oxydatie), zodat deze pool negatief geladen wordt. De elektronen begeven zich via het elektrolyt naar de andere pool, die minder elektropositief is, en binden zich daar; deze pool wordt dan positief geladen (reductie).
Het elektrolyt is over het algemeen een zuur, een base of een metaalzout.
Voorbeelden van elementen, die hoog in de elektrochemische rangorde staan, zijn K, Na, Mg, Al, Zn, Cd, Hg, Ag. Laag in de rangorde staat C.
Door de ladingen op de elektroden bedraagt het onderling potentiaalverschil ongeveer 1,5 Volt.
De chemische samenstelling van elektrolyt en elektroden bepaalt het voltage, de levensduur, ontladingskarakteristiek en oplaadbaarheid van de batterij. Het voltage is niét afhankelijk van de grootte van de elektroden.
Als beide elektroden via een stroomkring met elkaar verbonden worden, treedt in de batterij polarisatie op: er ontstaat een neutraliserende laag op de elektroden, waardoor deze verminderd elektronen kunnen absorberen en afgeven. Dit effect bepaalt de stroomafgifte aan de stroomkring.
De uitwisseling van elektronen treedt ook op als geen stroom ontnomen wordt; de mate hangt af van de samenstelling van elektrolyt en elektroden. Dit effect bepaalt de zgn. shelf-life van een batterij.
In de loop der jaren is eindeloos geëxperimenteerd met de samenstelling van elektrolyt en elektroden.
Voor horloges worden tegenwoordig vooral gebruikt zilveroxide en lithium.
Alkaline batterijen bevatten kaliumhydroxide als elektrolyt in plaats van ammoniumchloride of zinkchloride; is goedkoper, maar heeft een kortere levensduur. Kwikbatterijen hebben een zeer grote energie/volume-ratio en hebben minder last van polarisatie, en dus een langere levensduur. Ze werden jarenlang in horloges toegepast, maar mogen thans wegens hun vervuiling van het milieu niet meer gebruikt worden. Zink-lucht batterijen zijn in afgesloten horlogekasten niet bruikbaar.
Bespreking
1. Aan batterijen voor horloges moeten de volgende eisen worden gesteld:
2. Het vervangen van batterijen, met inherente kosten, risico´s van beschadiging cq. waterdichtheid van de horlogekast, en de consequenties voor het milieu werd van meet af aan als bezwaarlijk gezien.
Reeds sinds het begin van de zeventiger jaren van de vorige eeuw heeft men gezocht naar alternatieve stroombronnen voor elektrische horloges.
Ondanks de verscheidenheid aan oplossingen zal het horloge toch altijd een vorm van elektriciteitsopslag moeten bevatten, hetzij een oplaadbare batterij, hetzij een condensator.
3. Alternatieven
✉ dehaas@klokjesluider.nl
☎ 06 4381 7181
© Minimal Strain Design Max M.de Haas, Klokjesluider 2014-2023