{"id":47478,"date":"2023-08-22T12:14:25","date_gmt":"2023-08-22T12:14:25","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dewetron.com\/news\/batterien-ein-uberblick\/"},"modified":"2025-02-03T10:39:43","modified_gmt":"2025-02-03T10:39:43","slug":"batterien-ein-uberblick","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.dewetron.com\/de\/news\/batterien-ein-uberblick\/","title":{"rendered":"Was Sie \u00fcber Batterien wissen sollten"},"content":{"rendered":"
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In unserer sich schnell entwickelnden Welt sind Batterien zu einem festen Bestandteil des t\u00e4glichen Lebens geworden und haben die Art und Weise, wie wir Energie nutzen und speichern, revolutioniert. Von der Stromversorgung unserer Smartphones \u00fcber den Antrieb von Elektrofahrzeugen bis hin zur Speicherung erneuerbarer Energien \u2013 Batterien haben seit ihrer Erfindung einen langen Weg zur\u00fcckgelegt. In diesem Blogbeitrag tauchen wir in die umfangreiche Welt der Batterien ein und erforschen ihre Geschichte, ihre grundlegende Funktionsweise und ihre unterschiedlichen Typen.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n\n

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Wann wurde die Batterie erfunden? \u2013 Ein geschichtlicher \u00dcberblick<\/h2>\n
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Die Geschichte der Batterien l\u00e4sst sich bis ins sp\u00e4te 18. Jahrhundert zur\u00fcckverfolgen, als der italienische Physiker Alessandro Volta die \u201eVolta\u2019sche S\u00e4ule\u201c erfand, die erste elektrochemische Batterie. Er verwendete Kupfer- und Zinkplatten, die durch in Salzlake getr\u00e4nkte Papierscheiben getrennt waren, um einen gleichm\u00e4\u00dfigen Strom zu erzeugen. Volta missverstand jedoch die Spannungsquelle, und erst durch die Arbeit von Michael Faraday im Jahr 1834 wurde die wahre Natur der Zellen verstanden.<\/p>\n

Im Laufe der Jahre hat sich die Batterietechnologie erheblich weiterentwickelt, wobei Wissenschaftler und Ingenieure st\u00e4ndig auf neue Grenzen stie\u00dfen, um Effizienz und Leistung zu verbessern. So waren die ersten Batterien zwar f\u00fcr Experimente n\u00fctzlich, verf\u00fcgten aber nicht \u00fcber stabile Spannungen und eine dauerhafte Leistungsabgabe. Erst mit der Erfindung des Daniell-Elements im Jahre 1836 wurden die ersten Batterien in der Industrie eingesetzt \u2013 haupts\u00e4chlich zur Versorgung von Telegrafennetzen. Diese waren jedoch aufgrund ihrer fl\u00fcssigen Elektrolyte und Glasgef\u00e4\u00dfe anf\u00e4llig f\u00fcr Leckagen und Br\u00fcche, was sie f\u00fcr tragbare Anwendungen ungeeignet machte. Als L\u00f6sung wurde Ende des 19. Jahrhunderts die Trockenbatterie eingef\u00fchrt, die sich f\u00fcr tragbare elektrische Ger\u00e4te eignete.<\/p>\n

Sowohl Nass- als auch Trockenbatterien werden heute noch verwendet, wenn auch oft in abgewandelter Form. G\u00e4ngige Beispiele f\u00fcr Trockenbatterien sind Alkali- oder Lithium-Ionen-Batterien, die typischerweise in tragbaren Ger\u00e4ten verwendet werden. Ein praktisches Beispiel f\u00fcr eine Nassbatterie ist die Blei-S\u00e4ure-Gel-Batterie, die immer noch h\u00e4ufig als Autobatterie oder f\u00fcr die Notstromversorgung von Geb\u00e4uden verwendet wird.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n\n

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Wie funktionieren Batterien? – Das grundlegende Funktionsprinzip<\/h2>\n
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Vereinfacht gesagt, wandeln Batterien chemische Energie in elektrische Energie um, und zwar durch eine elektrochemische Reaktion von Metallen, Oxiden oder Molek\u00fclen. Wir werden diese Reaktion anhand des Funktionsprinzips einer galvanischen (oder voltaischen) Zelle beschreiben, da eine klassische Batterie aus mehreren galvanischen Zellen besteht.<\/p>\n

Hinweis<\/strong>:<\/strong> Galvanische Zellen werden auch voltaische Zellen genannt und basieren auf demselben Funktionsprinzip. Beide Begriffe werden verwendet, da sowohl Luigi Galvani als auch Alessandro Volta eine wesentliche Rolle bei der Erfindung der ersten Batterie spielten.<\/em><\/p>\n

In ihrer einfachsten Form besteht eine einzelne galvanische Zelle aus zwei Halbzellen, die durch eine semipermeable Membran oder eine Salzbr\u00fccke verbunden sind. Jede Halbzelle besteht aus einem Metall (Elektrode), das in eine L\u00f6sung mit den zugeh\u00f6rigen Metallionen (Elektrolyten) getaucht ist. Eine der beiden Halbzellen enth\u00e4lt eine negative Elektrode (Anode), die Anionen (negativ geladene Ionen) anzieht, w\u00e4hrend die andere Halbzelle eine positive Elektrode (Kathode) enth\u00e4lt, die Kationen (positiv geladene Ionen) anzieht.<\/p>\n

Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung basierend auf einer Zink-Kupfer-Zelle (Zn-Cu). Die blaue Halbzelle zeigt die Zn-Elektrode (Anode), die sich in einer L\u00f6sung von ZnSO4<\/sub> (Zinksulfat) befindet. Die gr\u00fcne Halbzelle enth\u00e4lt die Cu-Elektrode (Kathode) in einer L\u00f6sung von CuSO4<\/sub> (Kupfersulfat). Eine Salzbr\u00fccke verbindet die Sulfate. Schlie\u00dft man nun den Stromkreis \u00fcber einen externen elektrischen Leiter, l\u00f6sen sich Zn2+<\/sup>-Ionen von der Zn-Elektrode in die L\u00f6sung (Oxidation) und Elektronen treten in den externen Leiter ein. Um die erh\u00f6hte Zinkionenkonzentration auszugleichen, verlassen Zinkionen die Zinkhalbzelle und Anionen treten \u00fcber die Salzbr\u00fccke ein. In der Kupferhalbzelle lagern sich die Cu2+<\/sup>-Ionen (Kationen) an der Cu-Elektrode an (Reduktion) und nehmen Elektronen aus dem externen Leiter auf.<\/p>\n

Diese chemische Reaktion kann durch die folgende Red<\/strong>uktions-Ox<\/strong>idations-Gleichung (Redox) beschrieben werden:
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Zn(s) + Cu2+<\/sup>(aq) –> Zn2+<\/sup>(aq) + Cu(s)<\/p>\n

\"Galvanische<\/p>\n

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Zink-Kupfer galvanischen Zelle. (\u00a9Rehua<\/a>)<\/em><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n\n

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Welche Batterietypen gibt es? \u2013\u00a0Prim\u00e4r vs. Sekund\u00e4r<\/h2>\n
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Zuvor haben wir Batterien nach dem Aggregatzustand des Elektrolyten unterschieden (Nasszellen, Gelzellen, Trockenzellen). Batterien werden aber auch nach ihrer Wiederaufladbarkeit unterschieden. Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rbatterien.
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Prim\u00e4rbatterien<\/h4>\n

Prim\u00e4rbatterien sind daf\u00fcr ausgelegt, bis zur Ersch\u00f6pfung der Energie verwendet zu werden. Ihre chemischen Reaktionen sind in der Regel nicht umkehrbar, wodurch sie nicht wieder aufgeladen werden k\u00f6nnen. Sobald der Vorrat an Reaktanten in der Batterie ersch\u00f6pft ist, erzeugt die Batterie keinen Strom mehr und ist unbrauchbar.
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Sekund\u00e4rbatterien<\/h4>\n

Sekund\u00e4rbatterien k\u00f6nnen wieder aufgeladen werden, d. h. ihre chemischen Reaktionen k\u00f6nnen durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die Zelle umgekehrt werden. Dadurch werden die urspr\u00fcnglichen chemischen Reaktanten regeneriert, so dass sie wieder verwendet werden k\u00f6nnen, und zwar mehrere Male.<\/p>\n

In der folgenden Tabelle werden einige grundlegende Aspekte von Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rbatterien zusammengefasst und miteinander verglichen:
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<\/td>\n<\/td>\nPrim\u00e4rbatterien<\/strong><\/td>\n<\/td>\nSekund\u00e4rbatterien<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Wiederaufladbarkeit<\/strong><\/td>\n<\/td>\nNicht wiederaufladbar, f\u00fcr den einmaligen Gebrauch bestimmt.<\/td>\n<\/td>\nWiederaufladbar, kann mehrfach verwendet werden.<\/td>\n<\/tr>\n
Energiedichte<\/strong><\/td>\n<\/td>\nHaben im Allgemeinen eine h\u00f6here Anfangsenergiedichte, was bedeutet, dass sie mehr Energie in einem bestimmten Volumen speichern k\u00f6nnen.<\/td>\n<\/td>\nEtwas geringere Anfangsenergiedichte<\/td>\n<\/tr>\n
Lebensdauer<\/strong><\/td>\n<\/td>\nHaben oft eine l\u00e4ngere Lagerbest\u00e4ndigkeit als Sekund\u00e4rbatterien, aber aufgrund der Nicht-Wiederaufladbarkeit ist die Nutzungsdauer viel k\u00fcrzer.<\/td>\n<\/td>\nDie Anzahl der Lade-\/Entladezyklen h\u00e4ngt von der chemischen Zusammensetzung und der Anwendung ab, dennoch bei weitem l\u00e4ngere Lebensdauer als bei Prim\u00e4rbatterien.<\/td>\n<\/tr>\n
Anwendungen<\/strong><\/td>\n<\/td>\nWerden \u00fcblicherweise in Ger\u00e4ten verwendet, die f\u00fcr eine begrenzte Zeit eine konstante Stromversorgung ben\u00f6tigen und bei denen ein Wiederaufladen nicht m\u00f6glich oder praktisch ist: Rauchmelder, Fernbedienungen, …<\/td>\n<\/td>\nBevorzugt f\u00fcr Ger\u00e4te, die regelm\u00e4\u00dfig benutzt werden und deren Wiederaufladung von Vorteil ist: Smartphones, Laptops, Autos, …<\/td>\n<\/tr>\n
Beispiele<\/strong><\/td>\n<\/td>\nZink-Kohle, Alkali-Mangan, Lithium-Iod, Nickel-Oxyhydroxid, …<\/span><\/td>\n<\/td>\nBlei-S\u00e4ure, Lithium-Ionen, Nickel-Cadmium,\u00a0Silberoxid-Zink, …<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Was sind die Hauptmerkmale einer Batterie? \u2013 Kenndaten und Eigenschaften<\/h2>\n
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Zu den wesentlichen Kenndaten einer Batterie geh\u00f6ren im Allgemeinen die Batteriekapazit\u00e4t, die Entladegeschwindigkeit und die Gesamtleistung. Sie k\u00f6nnen je nach Last- und Ladezyklus sowie Lebensdauer aufgrund vieler Faktoren variieren. Die wichtigsten Faktoren sind die interne chemische Zusammensetzung, die Stromaufnahme und die Temperatur. Je nach Anwendung ist es unerl\u00e4sslich, die Leistungsmerkmale einer Batterie zu \u00fcberwachen bzw. regelm\u00e4\u00dfig zu \u00fcberpr\u00fcfen \u2013 egal ob f\u00fcr Elektrofahrzeuge in der Automobilindustrie, f\u00fcr Batteriespeicherkraftwerke in der Energiewirtschaft oder f\u00fcr andere Anwendungen.<\/p>\n

Deshalb bieten wir Ihnen bei DEWETRON<\/a> verschiedene L\u00f6sungen an, um die Leistungsmerkmale einer Batterie zu messen und zu analysieren, wie z.B.:<\/p>\n