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Wie funktioniert eine Batterie?

 

Batterien sind elektrochemische Stromquellen. Durch den Ablauf chemischer Reaktionen im Innern der Batterie kann unabhängig vom Stromnetz elektrische Energie erzeugt werden (Entladungsvorgang). Die kleinste Einheit einer Batterie heisst galvanische Zelle. In der Regel besteht eine Batterie aus mehreren solchen Zellen, die elektrisch zu einer Einheit zusammengeschaltet sind.

 

Aufbau einer Batterie

 

Für die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie werden zwei Elektroden gebraucht, die im Innern der Zelle durch eine Lösung miteinander in Verbindung stehen, die den elektrischen Strom leitet (Elektrolyt). Die eine Elektrode besteht aus einem Metall (zum Beispiel Zink oder Lithium). Sie baut innerhalb des Elektrolyts ein negatives Potenzial auf und bildet somit den negativen Pol der Zelle (Anode). Die zweite Elektrode besteht aus einer elektronenleitenden und sauerstoffreichen Verbindung (zum Beispiel Nickelhydroxid, Braunstein oder Silberoxid). Sie baut innerhalb des Elektrolyts ein positives Potenzial auf und bildet dement-sprechend den positiven Pol der Zelle (Kathode).

 

 

Grafik: Aufbau einer Alkali/Mangan Batterie

 

Funktionsweise einer Batterie

 

Die physikalisch-chemischen Vorgänge in einer Batterie sollen im Folgenden vereinfacht be¬schrieben werden. Das Prinzip der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie wird am Beispiel eines Kupfer/Zink-Elements (Daniell-Element) verdeutlicht: Wird der Batterie elektrische Energie entnommen, geben die Zink-Atome (Minuspol) Elektronen ab (Oxidation) und gehen als Zink-Ionen in Lösung. Die Elektronen fliessen über einen äusseren Leiter zum Verbraucher (beispielsweise eine Taschenlampe) und dann zum Pluspol der Batterie. Dort nehmen die Kupfer-Ionen die Elektronen auf (Reduktion). Diese Elektronenübertragung heisst in der Fachsprache Redoxreaktion. Der Stromkreis wird durch die interne Wanderung von Ionen zwischen den Elektroden durch den Elektrolyten geschlossen (Ionenstrom). Dieser Elektronenaustausch zwischen geeigneten Reaktionspartnern ist somit die Ursache der elektrischen Spannung in Batterien.

 

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