Was ist ein Separator in Batterien?
Ein Separator spielt eine entscheidende Rolle in der Funktionsweise von Batterien. Er ist eine durchlässige Membran, die zwischen der Anode und Kathode einer Batterie platziert wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, die beiden Elektroden voneinander getrennt zu halten, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Gleichzeitig ermöglicht er den Transport von ionischen Ladungsträgern, die notwendig sind, um den Stromkreis während des Stromflusses in einer elektrochemischen Zelle zu schließen.
Materialien und Stabilität von Separatoren
Bei kommerziell erhältlichen Flüssigelektrolytzellen werden mikroporöse Polyolefinmaterialien wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) verwendet. Separatoren in Lithium-Ionen-Batterien müssen elektrochemisch und chemisch stabil in Bezug auf den Elektrolyten und die Elektrodenmaterialien sein.
Entwicklung funktionaler Separatoren
Es wird an funktionalen Separatoren gearbeitet, die MOF-beschichtete Membranen nutzen, um sowohl die Funktionen des Elektrolyten als auch des Separators auszuführen. Diese Entwicklung unterstützt das Design von Hochleistungs-Lithiummetallbatterien für Hochenergiesysteme in Elektrofahrzeugen und elektrischen Flugzeugen.
Zusammensetzung von Batterien
Batterien bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, die zu unterschiedlichen Fähigkeiten und Verhaltensweisen in der Funktionalität der Batterie führen. Die gebräuchlichsten Materialien sind Blei, Nickel, Zink und Lithium, die jeweils unterschiedliche Ausgänge haben und für bestimmte Zwecke je nach Anforderungen spezifisch sind.
Arten von elektrochemischen Zellen
Verschiedene Arten von elektrochemischen Zellen wurden hergestellt, mit unterschiedlichen chemischen Prozessen und Designs, darunter galvanische Zellen, Elektrolysezellen, Brennstoffzellen, Durchflusszellen und Volta’sche Säulen.
Nass- und Trockenzellen
Eine Nasszellenbatterie hat einen flüssigen Elektrolyten. Im Gegensatz dazu verwendet eine Trockenzelle einen pastösen Elektrolyten mit nur so viel Feuchtigkeit, dass Strom fließen kann. Trockenzellen können in jeder Ausrichtung betrieben werden, ohne zu verschütten, da sie keine freie Flüssigkeit enthalten.
Chemische und materielle Zusammensetzung von Batterien
Die chemische und materielle Zusammensetzung von Batterien bestimmt ihre Größe, Format und Gesamtleistung. Die Wahl des Elektrolyten in allen Batterien ist entscheidend für die Leistung sowie die Sicherheit.
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.
- Anode: Die Anode ist die negative oder reduzierende Elektrode, die Elektronen an den externen Stromkreis abgibt und während der elektrochemischen Reaktion oxidiert wird.
- Elektrolyt: Ein Elektrolyt ist ein Medium, das Ionen enthält und elektrisch leitfähig ist durch die Bewegung dieser Ionen, jedoch keine Elektronen leitet.
- Separator: Der Separator ist eine permeable Membran, die zwischen der Anode und Kathode einer Batterie platziert wird.
- Stromsammler: Stromsammler sind für die Übertragung des Elektronenflusses von den Elektroden zu einem externen Stromkreis verantwortlich.
Zusammenfassung
Separatoren sind ein wesentlicher Bestandteil von Batterien, die die Leistung und Sicherheit der Zellen wesentlich beeinflussen. Durch Innovationen in diesem Bereich wird die Entwicklung effizienterer und sichererer Batterietechnologien vorangetrieben, insbesondere im Hinblick auf Anwendungen in der Elektromobilität und Luftfahrt.
