Legen Sie die Batterien in die Fernbedienung oder Taschenlampe ein. Der Bildschirm leuchtet auf. Das Spielzeug bewegt sich. Es fühlt sich an wie Magie. Das ist es nicht. Das ist Elektrochemie.
Der Prozess scheint einfach zu sein. Dadurch wird der Stromkreis geschlossen. Elektronen fließen. Doch im Inneren der Hülle bricht ein Krieg zwischen den Atomen aus. Anode und Kathode tauschen Elektronen über den Elektrolyten aus. Eine Seite verliert sie. Die andere Seite gewinnt sie. Dieser Fluss ist Elektrizität.
Die Reaktion läuft weiter, bis die Chemikalie aufgebraucht ist. Dann ist die Batterie leer. Alternativ können Sie es aufladen, um die Reaktion in die entgegengesetzte Richtung zurückzudrängen.
So funktionieren die wichtigsten Batterietypen tatsächlich. Und warum sie für Ihr tägliches Leben wichtig sind.
Grundlagen von Zink, Kohlenstoff und Alkali
Die meisten Einwegbatterien enthalten Zink. Es ist sehr günstig. Es ist reichlich vorhanden.
Bei einer Zink-Kohle-Batterie besteht die Anode aus Zinkmetall. Die Kathode ist Mangandioxid. Der Elektrolyt ist üblicherweise Ammoniumchlorid oder Zinkchlorid. Sie finden diese in günstigen AA- oder D-Zellen. Geeignet für Geräte mit geringem Stromverbrauch wie Uhren. In Geräten mit hohem Stromverbrauch versagen sie schnell.
Alkaline-Batterie ist eine aktualisierte Version. Verwenden Sie dieselbe Zinkanode und Mangandioxidkathode. Der Elektrolyt ist jedoch Kaliumhydroxid. Es ist eine alkalische Substanz. Daher kommt auch der Name.
Alkalibatterien halten länger. Hält höheren Strömen besser stand. Deshalb dominieren sie den Fernbedienungs- und Spielzeugmarkt. Zink liegt hier in Pulverform vor. Dadurch vergrößert sich die Oberfläche. Es gibt mehr Raum für Reaktionen. Noch mehr Power.
Ein Lithium-Ionen-Akku, der in Ihre Tasche passt
Schau dir dein Handy an. Funktioniert mit Lithium-Ionen-Akku -Technologie.
Das ist wiederaufladbare Chemie. Das ist Höchstleistung. Es versorgt Laptops, Kameras und ja, Elektroautos mit Strom.
Die Standardkonfiguration verwendet eine Lithium-Kobaltoxid-Kathode. Die Anode ist Kohlenstoff. Beim Laden und Entladen wandern Lithiumionen beim Laden und Entladen hin und her.
Warum ist das wichtig? Energiedichte. Lithium-Ionen-Akkus sind leichter und bieten mehr Leistung. Deshalb passt das Telefon in Ihre Tasche. Deshalb kann ein Tesla 300 Meilen weit fahren. Der Kompromiss sind die Kosten. Und Komplexität. Lithiumbatterien benötigen ein Managementsystem, um eine Überhitzung zu verhindern.
Bleisäure im Kofferraum
Öffnen Sie die Motorhaube des Autos. Blei-Säure-Batterie wird angezeigt.
Das ist alte Technologie. schwer. schmutzig. Aber es funktioniert.
Die Elektroden bestehen aus Bleidioxid und metallischem Blei. Der Elektrolyt ist Schwefelsäure. Wenn Sie den Motor starten, fließt eine große Menge Strom aus dieser Batterie. Das ist nicht sehr effizient. Es ist nicht hell. Für kalte Gebiete und hohe Stoßströme ist es jedoch besser als alles andere.
Der Preis ist auch sehr günstig. Und recycelbar. Deshalb haben fast alle benzinbetriebenen Autos sie noch.
Die Zukunft: Luftbetriebene Batterien?
Wissenschaftler arbeiten an verrückter Forschung. Eine Lithiumbatterie, die der Luft Sauerstoff entzieht.
Ja. Aus der Atmosphäre.
Die Elektroden bestehen aus Lithium und umgebendem Sauerstoff. Ergebnis? Deutlicher Gewichtsverlust.
Nach vorläufigen Modellen ist die Energiedichte 5-10-mal höher als bei aktuellen Lithium-Ionen-Batterien. Stellen Sie sich ein Telefon vor, das eine Woche hält. Oder ein Elektroauto, das während der Fahrt nicht aufgeladen werden muss.
Es gibt Hindernisse. Stabilität. Feuchtigkeitskontrolle. Effizienzverluste. Die Technologie ist noch nicht ausgereift. Aber die Möglichkeiten sind riesig.
Wenn das funktioniert, ändert sich alles. Das Gewicht der Batterie wurde reduziert. Das Angebot an Elektroautos wächst rasant. Das Grid-Storage-Problem kann gelöst werden.
Wir sind noch nicht da. Chemie ist hart. Sauerstoff kann auf unvorhersehbare Weise reagieren. Die Richtung ist jedoch klar.
Wir wollen mehr Energie. Geringeres Gewicht. günstiger.
Der Akku im Gerät ist ein Kompromiss. Bringt Kosten, Sicherheit und Kapazität in Einklang. Der nächste wird besser sein. Zumindest ist es leichter.
Halten Sie diese Kreisläufe bis dahin geschlossen.
