Kathode von Batterien
Die Kathode, der positive oder oxidierende Elektrode, spielt eine zentrale Rolle in Batterien. Sie empfängt Elektronen aus dem externen Stromkreis und wird während der elektrochemischen Reaktion reduziert. Bei Lithiumbatterien bestehen Kathodenmaterialien üblicherweise aus LiCoO2 oder LiMn2O4. Es ist entscheidend, dass die Kathode eine große Menge Lithium aufnehmen kann, ohne ihre Struktur wesentlich zu verändern. Zudem sollte sie eine gute chemische und elektrochemische Stabilität mit dem Elektrolyt aufweisen, ein guter elektrischer Leiter und Diffusor für Lithiumionen sein und gleichzeitig kostengünstig sein.
Zusammensetzung von Batterien
Batterien bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, die unterschiedliche Fähigkeiten und Verhaltensweisen in der Funktionalität der Batterie mit sich bringen. Die gebräuchlichsten Materialien sind Blei, Nickel, Zink und Lithium, jedes mit unterschiedlichen Leistungen und spezifisch für verschiedene Zwecke je nach Anforderungen. Viele Arten von elektrochemischen Zellen wurden hergestellt, mit variierenden chemischen Prozessen und Designs, einschließlich galvanischer Zellen, Elektrolysezellen, Brennstoffzellen, Flusszellen und Voltaschen Säulen.
Feuchte Zellen verwenden eine flüssige Elektrolytlösung. Sie werden auch als überflutete Zellen bezeichnet, da die Flüssigkeit alle internen Teile bedeckt, oder als ventilierte Zellen, da bei Betrieb entstehende Gase in die Luft entweichen können. Trockenzellen verwenden einen pastösen Elektrolyten mit gerade genug Feuchtigkeit, um einen Stromfluss zu ermöglichen. Im Gegensatz zu Feuchtzellen können Trockenzellen in jeder Orientierung betrieben werden, ohne auszulaufen, da sie keine freie Flüssigkeit enthalten, was sie für tragbare Geräte geeignet macht.
Anode
Die Anode, die negative oder reduzierende Elektrode, gibt Elektronen an den externen Stromkreis ab und oxidiert während der elektrochemischen Reaktion. Ein häufig verwendetes Anodenmaterial ist lithiiertes Graphit, LixC6, das aus Graphitschichten besteht, die mit Lithium interkaliert sind. Neue Materialien wie auf Silizium basierende und andere elementare Mischungen werden erforscht.
Elektrolyt
Ein Elektrolyt ist ein Medium, das Ionen enthält, die elektrisch leitend sind durch die Bewegung dieser Ionen, aber keine Elektronen leiten. Der Elektrolyt in Batterien ist eine Lösung im Inneren der Batterien. Je nach Batterietyp kann es sich um eine flüssige oder pastenartige Substanz handeln. Die Wahl des Elektrolyten in allen Batterien ist entscheidend für Leistung sowie Sicherheit. In Lithium-Ionen-Batterien ist der Elektrolyt typischerweise ein Lithiumsalz, gelöst in organischen Lösungsmitteln.
Separator
Ein Separator ist eine durchlässige Membran, die zwischen der Anode und Kathode einer Batterie platziert wird. Die Hauptfunktion des Separators ist es, die beiden Elektroden voneinander zu trennen, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern, während er gleichzeitig den Transport von ionischen Ladungsträgern ermöglicht, die zur Schließung des Stromkreises während der Stromdurchführung in