Entladung von Batterien: Ein Grundlagenverständnis
Die Entladung von Batterien ist ein Vorgang, der eintritt, wenn der Stromkreis geschlossen ist. In Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise zieht die stärkere Anziehungskraft der Kathode (z.B. LiCoO2) die Elektronen vom Anodenmaterial (z.B. Lithium-Graphit) durch den Draht im Stromkreis zur Kathode. Diese chemische Reaktion in der Batterie und der Fluss von Elektronen durch den Draht stellt Elektrizität dar. Während dieses Prozesses verliert jede Batterie an Spannung.
Chemie der Batterieentladung
In einfachen Worten: Eine Batterie ist so konzipiert, dass Kathode und Anode getrennt sind, um eine Reaktion zu verhindern. Die gespeicherten Elektronen fließen nur, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Dies geschieht, wenn die Batterie in ein Gerät eingesetzt und dieses eingeschaltet wird. Bei der Entladung wird Lithium im Lithium-Graphit-Anodenmaterial von Li zu Li+ oxidiert. Diese Lithium-Ionen wandern durch das Elektrolytmedium zur Kathode, wo sie in Lithium-Kobaltoxid eingebaut werden, wodurch Kobalt von einem Oxidationszustand +4 zu +3 reduziert wird.
C-Rate der Batterie
Die C-Rate wird verwendet, um auszudrücken, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Sie hat die Einheiten h−1. Eine hohe C-Rate erzeugt mehr Wärme und kann zu einer Erhöhung der Zelltemperatur führen, was die Lebensdauer und Kapazität der Batterie verringert. Hersteller veröffentlichen oft Datenblätter mit Grafiken, die die Kapazität im Verhältnis zur C-Rate zeigen.
Kapazität von Batterien
Die koulometrische Kapazität einer Batterie ist die Gesamtmenge an Amperestunden, die verfügbar ist, wenn die Batterie bei einem bestimmten Entladestrom von 100% SOC bis zur Abschaltspannung entladen wird. Sie wird durch die Menge des aktiven Materials bestimmt und repräsentiert die maximale Menge an elektrochemischer Energie, die aus der Batterie extrahiert werden kann. Verschiedene Batteriechemien und -größen erzeugen unterschiedliche Zellspannungen und Kapazitäten.
Selbstentladung von Batterien
Batterien entladen sich allmählich selbst, auch wenn sie nicht angeschlossen sind und keinen Strom liefern. Dies ist auf nicht stromerzeugende „Neben“chemische Reaktionen zurückzuführen, die innerhalb der Zelle auch dann stattfinden, wenn keine Last anliegt. Die Selbstentladungsrate wird durch Lagerung bei niedrigeren Temperaturen reduziert, obwohl einige Batterien durch Einfrieren beschädigt werden können.
Zusätzliche Charakteristika
Um die Leistungsfähigkeit verschiedener Batterien zu vergleichen und zu verstehen, sind einige wichtige Parameter charakteristisch für jede Batterie. Diese Parameter sind eine Referenz, wenn eine Batterie benötigt wird und spezifische Qualitäten erforderlich sind, da Batterien in allen Arten von Geräten und für unendliche Zwecke verwendet werden.
Zellspannung: Die Spannung von elektrischen Batterien entsteht durch den Potentialunterschied der Materialien, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden.
Abschaltspannung: Die Abschaltspannung ist die minimal zulässige Spannung. Sie definiert im Allgemeinen den „leeren“ Zustand der Batterie.
Kapazität: Die koulometrische Kapazität ist die Gesamtmenge an Amperestunden, die verfügbar ist, wenn die Batterie bei einem bestimmten Entladestrom entladen wird.
Tiefe der Entladung: Die Entladetiefe ist ein Maß dafür, wie viel Energie aus einer Batterie entnommen wurde und wird als Prozentsatz der vollen Kapazität ausgedrückt.
Ladezustand: Der Ladezustand bezieht sich auf die Menge an Ladung in einer Batterie im Verhältnis zu ihren vordefinierten „vollen“ und „leeren“ Zuständen.
