Zusammensetzung von Batterien
Grundlegende Materialien und Chemie
Batterien bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, was zu unterschiedlichen Fähigkeiten und Verhaltensweisen in ihrer Funktionalität führt. Die gängigsten Materialien sind Blei, Nickel, Zink und Lithium. Die chemische und materielle Zusammensetzung bestimmt Größe, Format und Gesamtleistung der Batterie. Trotz verschiedener Zusammensetzungen haben die meisten Batterien einige gemeinsame Komponenten, obwohl ihre materielle Zusammensetzung variieren kann. Zu den Hauptteilen der meisten Batterien gehören:
- Kathode
- Anode
- Elektrolyt
- Separator
- Stromsammler
Elektrochemischer Prozess
Ein elektrischer Akkumulator ist im Wesentlichen eine Quelle von Gleichstromenergie. Er wandelt gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um und bietet so eine Quelle der elektromotorischen Kraft, die Ströme in elektrischen und elektronischen Schaltungen ermöglicht. Eine typische Batterie besteht aus einer oder mehreren galvanischen Zellen.
Die Rolle der Elektroden und des Elektrolyten
Das fundamentale Prinzip in einer elektrochemischen Zelle sind spontane Redoxreaktionen in zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten getrennt sind, einer Substanz, die ionisch leitfähig und elektrisch isolierend ist. Chemische Energie kann beispielsweise in Zn oder Li gespeichert werden, die hochenergetische Metalle sind, da sie nicht durch d-Elektronenbindung stabilisiert sind, im Gegensatz zu Übergangsmetallen.
Arten von Batteriezellen
Es wurden viele Arten von elektrochemischen Zellen hergestellt, mit unterschiedlichen chemischen Prozessen und Designs, einschließlich galvanischer Zellen, Elektrolysezellen, Brennstoffzellen, Flusszellen und Volta’schen Säulen. Eine Nasszellenbatterie hat einen flüssigen Elektrolyten. Trockenzellen verwenden einen pastenartigen Elektrolyten, der nur so viel Feuchtigkeit enthält, dass ein Strom fließen kann. Im Gegensatz zu einer Nasszelle kann eine Trockenzelle in jeder Ausrichtung betrieben werden, ohne zu verschütten, da sie keine freie Flüssigkeit enthält, was sie für tragbare Geräte geeignet macht.
Kathode und Anode
Die Kathode ist die positive oder oxidierende Elektrode, die Elektronen aus dem externen Stromkreis aufnimmt und während der elektrochemischen Reaktion reduziert wird. Die Anode ist die negative oder reduzierende Elektrode, die Elektronen an den externen Stromkreis abgibt und während einer elektrochemischen Reaktion oxidiert wird.
Wichtige Parameter von Batterien
Um die Fähigkeiten jeder Batterie zu vergleichen und zu verstehen, sind einige wichtige Parameter charakteristisch für jede Batterie, auch innerhalb eines Batterietyps. Diese Parameter sind eine Referenz, wenn eine Batterie benötigt wird und spezifische Eigenschaften erforderlich sind, da Batterien in allen Arten von Geräten und für unendliche Zwecke verwendet werden.
- Zellspannung
- Abschaltspannung
- Kapazität
- C-Rate der Batterie
- Selbstentladung
- Degradation
- Tiefe der Entladung
- Ladezustand
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Hauptteile einer Batterie?
Eine typische Batterie benötigt 4 Teile, um Elektrizität zu erzeugen: Anode, Kathode, Elektrolyt und Separator.
Warum sind Alkalibatterien (AAA oder AA) auf 1,5 V ausgelegt, während wiederaufladbare 1,2 V haben?
In der Praxis können Alkalibatterien und wiederaufladbare Batterien austauschbar verwendet werden. Sie haben nur unterschiedliche Spannungsmerkmale aufgrund ihrer verschiedenen Chemie.
Was ist der Unterschied zwischen Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien?
Ein Lithium-Ionen-Polymer-Akku (LiPo) ist ein Typ eines Li-Ionen-Akkus mit einem Polymer-Elektrolyten anstelle eines flüssigen Elektrolyten. Alle verwenden einen hochleitfähigen Gel-Polymer als Elektrolyt.
