Wie funktioniert eine Batterie?

In den heutigen Zeiten hat beinahe jeder ein Gerät, in das eine Batterie verbaut ist. Egal ob Smartphone oder Fotoapparat - überall ist sie zu finden. Natürlich ist es sehr praktisch, eine aufladbare Batterie verbaut zu haben. So muss keine direkte Stromquelle vorhanden sein und das Gerät ist dadurch überall nutzbar. Aber wie funktioniert so eine Batterie oder ein Akku? Was verbirgt sich dahinter? Diese und weitere Fragen werden nun im folgenden Text beantwortet.

 

Allgemeines

In den meisten Fällen handelt es sich um sogenannte Lithium-Ionen-Batterien. Diese versprechen eine hohe Lebensdauer und eine lange Laufleistung. Auch der Ladevorgang verläuft meist schnell. So stellt dieser Akku eine sehr gute Möglichkeit dar. In allen möglichen Formen und Kapazitäten gibt es diese Art von Akku und in fast allen gängigen Produkten, die einen Akku brauchen, ist ein solcher verbaut.

 

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Mobiltelefon an Powerbank – Pixabay - Public Domain Bilder / Creative Commons CC0 (CC0 1.0)

 

Aufbau des Akkus

In den vielen kleinen Batteriezellen gibt es zwei Schichten: Eine besteht aus Aluminium und die Andere aus Kupfer. Dazwischen befindet sich die Kathode und die Anode und eine Flüssigkeit. Die Lithium-Ionen bewegen sich zwischen Kathode und Anode in der Flüssigkeit. Dadurch entsteht Energie, was das eigentliche Hauptziel des Akkus darstellt. Ein Separator verhindert Kurzschlüsse.

 

Laden

Beim Laden entsteht ein Überschuss an Elektronen bei der Anode und gleichzeitig ein Unterschuss an Elektronen bei der Kathode. Deswegen bewegen sich die Lithium-Ionen hin zur Anode und verbinden sich mit einem Elektron, das überschüssig ist. Danach lagern sie sich in der Graphitschicht an und der Akku ist geladen.

 

Entladen

Wenn das Gerät, in dem der Akku verbaut ist, benutzt wird, entlädt sich der Akku selbstverständlich. Hierbei wandern die Elektronen, die sich mit Lithium-Ionen verbunden haben, zurück zur Kathode und Energie wird freigesetzt. Hierbei ist der Akku in Verwendung und gibt Energie ab. Der Vorgang kann so lange fortgesetzt werden, bis alle Lithium-Ionen wieder zurück bei der Kathode sind und keine mehr im Graphitspeicher verfügbar sind. Dann ist nämlich der Akku leer und muss wieder aufgeladen werden. Das erfolgt über eine externe Energiequelle.

 

Lebensdauer

Diese Situation kennt man: Nach ein paar Jahren hat das Smartphone plötzlich eine viel geringere Akkukapazität als beim Kauf. Das ist sehr ärgerlich und in den meisten Fällen muss ein neues Gerät her. Aber wieso verliert der Akku nach einer bestimmten Zeit an Leistung?

 

Ganz einfach: Die Lithiumschicht verändert ihre Oberfläche und deswegen können immer weniger Ionen aktiviert und benutzt werden. Die Lebensdauer und die Leistung der Batterie hängen davon ab, wie rein und gleichmäßig die chemische Zusammensetzung des Elektrolyts und der Elektrode ist. Das ist bei jeder Lithium-Ionen-Batterie genau gleich, egal welche Beschaffenheit oder Anwendungszweck.

 

Umwandlung

Ein Akku ohne Alles bringt nichts. Es ist immer ein Gerät erforderlich, das die Energie benutzt und in andere Vorgänge umwandelt. Bei einem Handy beispielsweise muss der Prozessor, das Display, die Kamera und vieles mehr mit Strom versorgt werden. So hat der Akku nicht nur eine Sache, die er versorgen muss, sondern gleich mehrere.

 

Fazit

Abschließend kann man sagen, dass die Funktionsweise eines Akkus gar nicht so schwer ist. Hauptsache ist natürlich, dass das Gerät überhaupt funktioniert und nicht wie es funktioniert. Dennoch ist es oft ganz interessant zu wissen, wie das, was wir jeden Tag benutzen, eigentlich genau funktioniert.

 

19. Mai 2020     >> Zurück zum Archiv