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Sonntag, 08 Januar 2017 10:42

Wie funktioniert eine Batterie?

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gebräuchliche Batterien gebräuchliche Batterien Julo - wikimedia.org

Batterien sind aus unserer heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken, die kleinen Dinger nutzt praktisch jeder täglich. Doch wie funktioniert so eine Batterie eigentlich? Hier erkläre ich es Dir...

Egal ob Taschenlampe, Fernbedienung für Fernseher, Radio oder Spielzeugauto, für Telefone und so vieles mehr, Batterien machen unser Leben viel komfortabler. Ein nachteil von batterien ist, dass diese nur eine gewisse Zeit lang halten, dann ist deren gespeicherte Energie verbraucht und sie müssen ausgewechselt werden. Manche Batterien können auch wieder aufgeladen werden. Aufladbare Batterien werden Akkumulatoren, kurz Akkus`s genannt.
Damit eine Batterie Energie liefern kann, muss eine Batterie verschiedene chemische Elemente enthalten, welche in einem chemisch-physikalischen Prozess Energie liefern.

Wie ist eine Batterie aufgebaut?

aufbau batterieBeginnen wir im Inneren der Batterie: Im Inneren jeder Batterie befinden sich zwei sogenannte Elektroden, die Anode - welche auch Minuspol genannt wird, und die Kathode, welche auch als Pluspol bezeichnet wird. Die Anode besteht aus einem Stoff, welches viel weniger Elektronen besitzt (z.B. Zink), als das Material, aus welchem die Kathode besteht (z.B. Graphit). Diese kleinen Elektronen, welche ich gerade erwähnte, sind negativ geladene Teilchen von Atomen und Ionen, den Bausteinen der Elemente.
Damit Energie erzeugt werden kann, muss ein Elektronenaustausch zwischen der Kathode hin zur Anode erfolgen. Damit das erfolgen kann, befindet sich zwischen Anode und Kathode eine Säure, welche Elektrolyt genannt wird. Diese Säure sorgt für den Elektronenaustausch.
Damit die Säure nicht entweichen kann, ist diese in einer Metallhülle eingeschlossen. (Abbildung rechts)

Damit dieser Elektronenaustausch nicht unkontrolliert beginnt, sind Anode und Kathode mit einem nichtleitenden Material, zum Beispiel aus Kunststoff, voneinander getrennt. Dieser Teil im Inneren der Batterie wird Separator genannt.
Außen an der Batterie sieht man nur die Metallhülle. An einem Ende der Metallhülle befindet sich ein Metallknubbel. Dieser Knubbel ist mit der Kathode im Inneren der Batterie verbunden. Du erinnerst Dich: die Kathode besitzt einen Elektronenüberschuss und ist dadurch positiv geladen, weshalb dieser Teil der Batterie als Pluspol bezeichnet. An der gegenüberliegenden Seite der Batterie befindes sich kein Knubbel, sondern eine glatte metallene Fläche, welche mit der Anode im Inneren der Batterie verbunden ist. Die Anode besitzt eine Elektronenmangel, weshalb dieser Teil der Batterie als Minuspol bezeichnet wird.

Wie funktioniert nun eine Batterie?

stromkreisWenn eine Batterie im Schrank liegt, passiert in ihr kaum etwas, es wandern keine Elektronen von der Kathode zur Anode - sie liefert also keine Energie. Der Separator im Inneren der Batterie sorgt dafür, dass keine Elektronen von der Kathode zur Anode wandern können.

Mit der Energieproduktion beginnt die Batterie erst dann, wenn Kathode und Anode miteinander verbunden werden. Das passiert dann, wenn an die Kathode und die Anode ein Gerät angeschlossen wird, welches Energie benötigt. Das kann in der Taschenlampe das Glühlämpchen oder eine LED sein, oder eben die Elektronik in der Fernbedienung. Dieses Gerät, welches mit der Batterie verbunden wird, wird in der Fachsprache als Abnehmer oder auch als Verbraucher bezeichnet.
Die Batterie bildet dann zusammen mit diesem Abnehmer einen Stromkreis (siehe Abbildung rechts). Der Abnehmer sorgt also dafür, dass die Kathode und die Anode miteinander Kontakt bekommen. Und dann beginnt in der Batterie ein chemischer Prozess, welcher Energie liefert - die Elektrolyse.
Bei der Elektrolyse wandern die kleinen Elektronen von der Kathode durch das Elektrolyt hindurch zur Anode. Bei diesem chemischen Vorgang entsteht elektrische Energie, welche zum Beispiel das Glühlämpchen zum Leuchten bringt.

Wie ich aber schon sagte, produziert eine Batterie nicht unendlich viel Energie, denn irgendwann ist der Elektronenüberschuss der Kathode verbraucht, sodass keine Elektronen mehr von der Kathode zur Anode wandern. Die Batterie ist leer, sie muss entsorgt werden.
Um die Umwelt zu schonen, wurden wiederaufladbare Batterien erfunden - die Akku's.

Wie funktioniert ein Akku?

Der Vollständigkeit halber möchte ich Dir noch kurz erklären, warum eine Batterie nicht wieder aufgeladen werden kann, und ein Akkumulator wieder aufgeladen werden kann.

Bei einem Akkumulator wird ein Trick angewendet, die Energieumkehr! Aufgrund des Aufbau einer Batterie kann darin keine Energieumkehr gestartet werden, die Batterie würde überhitzen und sogar explodieren, wenn man versuchen würde, diese wieder aufzuladen.

Heutzutage sind als wiederaufladbare Batterien vor allem sogenannte Lithium-Ionen Akkus gebräuchlich. Die Anode eines Akkus besteht aus Graphit, in welches Lithium eingelagert ist. Die gegenüberliegende Seite, also die Kathode, besteht aus Lithiumcobaltdioxid. Das sind spezielle chemische Stoffe, welche Wissenschaftler erfunden haben.
Wird nun ein Akku an der Steckdose geladen, dann wandern die positiv geladenen Lithiumionen vom Pluspol hinüber zum Minuspol.
Ist der Akku sozusagen aufgeladen, kann er zum Beispiel in der Taschenlampe oder im Handy verwendet werden. Wenn das geschieht, werden die Elektronen von den Ionen "aufgenommen". Die durch diesen Vorgang negativ geladenen Ionen wandern dann wieder zurück zum Pluspol und stehen für eine erneute Aufladung bereit.

Seit wann gibt es Batterien?

Die ältesten Batterien wurden, neuesten Forschungen zufolge, bereits in der Antike, also vor mehr als 2000 Jahren gebaut. Moderne Batterien gibt es seit etwa dem 19. Jahrhundert. Einen interessanten Artikel dazu findest Du hier.

Abbildung Batterieaufbau: Tympanus - wikimedia.org

Gelesen 278 mal Letzte Änderung am Sonntag, 08 Januar 2017 16:02
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