Ladungssammler in Batterien
Grundlagen der Ladungssammler
Ladungssammler, auch bekannt als Stromsammler, sind wesentliche Bestandteile einer Batterie. Sie übertragen den Elektronenfluss von den Elektroden auf einen externen Stromkreis. Es gibt verschiedene Arten von Stromsammlern, wie Netz, Schaum und Folie. Um die Gesamtgröße zu minimieren und die volumetrische Kapazität der Zellen zu verbessern, werden häufig dünne und leichte Metallfolien bevorzugt. Obwohl sie elektrochemisch inaktiv sind, bilden sie das Substrat, auf das die elektrochemisch aktiven Materialien aufgebracht werden.
Materialzusammensetzung von Batterien
Batterien bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, die ihre Fähigkeiten und ihr Verhalten beeinflussen. Die gängigsten Materialien sind Blei, Nickel, Zink und Lithium, die jeweils unterschiedliche Leistungen bieten und je nach Anforderung für verschiedene Zwecke geeignet sind. Zu den vielen Arten elektrochemischer Zellen gehören galvanische Zellen, Elektrolysezellen, Brennstoffzellen, Redox-Flow-Zellen und Volta’sche Säulen.
Wet Cell und Dry Cell
Eine Nasszelle verwendet einen flüssigen Elektrolyten, während eine Trockenzelle einen pastösen Elektrolyten verwendet, der nur so viel Feuchtigkeit enthält, dass Strom fließen kann. Die Trockenzelle kann in jeder Orientierung betrieben werden, ohne dass Flüssigkeit ausläuft, was sie für tragbare Geräte geeignet macht.
Komponenten einer Batterie
Kathode
Die Kathode ist die positive oder oxidierende Elektrode, die Elektronen aus dem externen Stromkreis aufnimmt und während der elektrochemischen Reaktion reduziert wird. In Lithium-Batterien bestehen Kathodenmaterialien üblicherweise aus LiCoO2 oder LiMn2O4.
Anode
Die Anode ist die negative oder reduzierende Elektrode, die Elektronen an den externen Stromkreis abgibt und während der elektrochemischen Reaktion oxidiert wird. Ein häufig verwendetes Anodenmaterial ist lithiertes Graphit, LixC6.
Elektrolyt
Ein Elektrolyt ist ein Medium, das Ionen enthält, die elektrisch leitfähig sind. In Lithium-Ionen-Batterien besteht der Elektrolyt typischerweise aus einem Lithiumsalz, das in organischen Lösungsmitteln gelöst ist.
Separator
Ein Separator ist eine durchlässige Membran zwischen Anode und Kathode. Er verhindert Kurzschlüsse und ermöglicht den Transport von Ionen. In Lithium-Ionen-Batterien werden mikroporöse Polyolefinmaterialien wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) verwendet.
Die alkalische Batterie
Die alkalische Batterie besteht aus fünf Teilen: dem inneren Stromsammler (Pin),
