Batterieladung: Grundlagen und Typen
Die Batterieladung ist ein Prozess, bei dem das elektrochemische Potenzial einer wiederaufladbaren Batterie wiederhergestellt wird. Nur bestimmte Batterietypen, die sekundären oder wiederaufladbaren Batterien, können geladen werden. Zu den Typen wiederaufladbarer Batterien gehören Blei-Säure-Batterien, NiMH-Batterien, Ni-Cd-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien.
Der Batterieladevorgang
Ein Batterieladegerät speichert Energie in einer Batterie, indem es einen elektrischen Strom durch sie hindurchführt. Das Ladeverfahren (wie viel Spannung oder Stromstärke und wie lange sowie was zu tun ist, wenn das Laden abgeschlossen ist) hängt von Größe und Typ der Batterie ab. Beim Laden kehren sich die Rollen der Materialien um, um den Anfangszustand zu erreichen. Das Material, das als Anode wirkte, fungiert als Kathode, und im Ladevorgang wird es reduziert, während das Material, das als Kathode wirkte, nun als Anode fungiert und im Prozess oxidiert wird.
Elektrochemische Grundlagen
Ein elektrischer Akkumulator ist im Wesentlichen eine Quelle für Gleichstromenergie. Er wandelt gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um. Dies ermöglicht eine elektromotorische Kraft, um Ströme in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen fließen zu lassen. Eine typische Batterie besteht aus einer oder mehreren galvanischen Zellen.
Chemie des Batterieladens
Vereinfacht ausgedrückt ist jede Batterie darauf ausgelegt, Kathode und Anode zu trennen, 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. Im Detail wandeln Batterien chemische Energie direkt in elektrische Energie um. Während der Entladung werden Lithiumionen durch den Elektrolyten zur Kathode transportiert, wo sie in Lithium-Kobalt-Oxid eingebaut werden.
C-Rate der Batterie
Die C-Rate drückt aus, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Sie wird in h-1 gemessen. Die in einer Batterie enthaltene Energie kann mit unterschiedlichen Raten entladen werden, was bedeutet, dass je höher der Entladestrom ist, desto kürzer die Arbeitszeit der Batterie. Hohe C-Raten erzeugen mehr Wärme und führen zu einer Temperaturerhöhung der Zelle, was die Abbaumechanismen bei hohen Temperaturen auslöst und die nutzbare Lebensdauer und Kapazität der Batterie verringert.
Laden und Batteriekapazität
Die Kapazität wird berechnet, indem der Entladestrom (in Ampere) mit der Entladezeit (in Stunden) multipliziert wird. Sie hängt von bestimmten Bedingungen ab: Temperatur, Lebenszyklus der Batterie und Lade- bzw. Entladerate. Beispielsweise haben Li-Ion-Zellen einen optimalen Temperaturbereich für den Betrieb, und außerhalb dieses Bereichs erleidet die Batteriezelle einen schweren Kapazitätsverlust.
Degradation wiederaufladbarer Batterien durch Zyklen
Bei jedem Lade-Entlade-Zyklus tritt eine gewisse Degradation wiederaufladbarer Batterien auf. Degradation tritt normalerweise auf, weil Elektrolyt von den Elektroden wegwandert oder weil aktives Material von den Elektroden abgelöst wird. Bei Lithium-Ionen-Batterien wird die Degradation und Kapazitätsverminderung im Allgemeinen dem Wachstum der festen Elektrolyt-Grenzfläche (SEI) zugeschrieben.
Weitere Merkmale
Zum Vergleich und Verständnis der Leistungsfähigkeit jeder Batterie sind einige wichtige Parameter charakteristisch für jede Batterie, auch innerhalb eines Batterietyps. 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.
