Batterien in der Vergangenheit

Batterien in der Vergangenheit - INHALT

1. Einmal und genug
2. Das bleierne Zeitalter dauert noch an, wenn auch nur in begrenztem Umfang
3. Cadmium bietet eine höhere Energiedichte, ist aber giftig

Einmal und genug

Batterien haben eine lange Geschichte, die möglicherweise auf das Jahr 200 v. Chr. zurückgeht, aus dem ein Artefakt namens Bagdad-Batterie stammt. Es handelt sich um ein Tongefäß mit einer Eisen- und Kupferelektrode, die möglicherweise zum Galvanisieren verwendet wurde. Leider werden wir das nicht herausfinden, denn das Stück wurde 2003 während des Zweiten Golfkriegs aus einem irakischen Museum gestohlen.

Als den ersten wirklich nachweisbaren Akku betrachten wir die so genannte Volta´sche Säule, die 1799 von dem italienischen Chemiker Alessandro Volta entwickelt wurde. Es handelte sich um eine Einwegbatterie, die eine höhere Spannung erzeugen konnte, indem sie immer mehr Zellen in einer Säule anordnete und so die grundlegenden Eigenschaften sowohl von elektrochemischen Zellen als auch ihrer Anordnung in Sequenzen - in Batterien - zeigte.

Das bleierne Zeitalter dauert noch an, wenn auch nur in begrenztem Umfang

Einwegbatterien sind nicht wirklich interessant, wenn man von Anwendungen absieht, die nur sehr wenig Strom verbrauchen und bei denen die Batterie nur wenige Male während der Lebensdauer des Geräts gewechselt wird. Der eigentliche Wandel in der Batterietechnologie kam mit der Entwicklung wiederaufladbarer Batterien, die wiederholt geladen und entladen werden konnten.

Im Jahr 1859 erfand der französische Physiker Gaston Plante die Blei-Säure-Batterien, die auch heute noch erfolgreich sind. Sie basieren auf einer reversiblen chemischen Reaktion, bei der der Strom nicht entnommen, sondern zugeführt wird, die Richtung der chemischen Reaktion wird umgekehrt und die Batterie kann wieder aufgeladen werden. Seine Batterie nutzte eine Reaktion zwischen Schwefelsäure und Blei - diese Batterien werden auch heute noch in der Automobilindustrie verwendet, und obwohl die Säure korrosiv ist und die Batterie eine relativ geringe Energiedichte hat (etwa 35 Wh/kg), aber Batterien, die auf diesem Prinzip basieren, sind billig, zuverlässig und können bei niedrigen und hohen Temperaturen betrieben werden.

Eine solche Batterie wurde z. B. vom Macintosh Portable (1989) verwendet, der mit SLA-Batterien (Sealed Lead Acid) arbeitete und mit einem Verbrauch von 5 Watt bis zu 10 Stunden mit einer einzigen Ladung laufen konnte. Es war ein sperriges Gerät mit einem unbeleuchteten Bildschirm - und einem komplizierten Stromanschluss, der zum Starten eine Batterie erforderte. Blei-Säure-Batterien werden nach wie vor verwendet, weil sie relativ billig in der Herstellung sind und recht gut recycelt werden können, obwohl man sie zu Hause nicht öffnen sollte.

Cadmium bietet eine höhere Energiedichte, ist aber giftig

Zu den wichtigsten Verbesserungen gehören wiederaufladbare NiCd-Batterien und Akkus (NiCd). Dieser Batterietyp wurde 1899 von dem schwedischen Erfinder Waldemar Junger erfunden - und es war sofort klar, dass diese Art von Batterie den Blei-Säure-Batterien weit überlegen war. Die Energiedichte stieg auf 60 Wh/kg, die Batterien hatten eine niedrigere Spannung von 1,2 V, aber nur einen geringen Spannungsabfall beim Entladen. Die Batterien waren vollkommen solide, enthielten kein aggressives Elektrolyt, das aus der Batterie auslaufen könnte, und verfügten außerdem über angenehme Eigenschaften wie eine hohe Anzahl von Entlade- und Ladezyklen - bis zu 2.000, wenn man sie gut pflegte.

Diese Batterien litten anfangs unter dem so genannten Memory-Effekt, d. h., wenn sie wiederholt nur bis zu einem bestimmten Grad entladen wurden, verhielt sich die Batterie, als hätte sie eine dauerhaft reduzierte Kapazität. Der Vorteil war, dass sie hohe Ströme liefern konnte, weshalb sie häufig in Akku-Werkzeuge, aber überraschenderweise auch z. B. in der Notbeleuchtung und in medizinischen Geräten eingesetzt wurden.

In der EU sind sie seit 2006 wegen ihres giftigen Cadmiumgehalts verboten. Aber das macht im Grunde nicht viel aus, denn in der Heimelektronik wurden sie durch Lithium-Ionen-Batterien mit viel höherer Kapazität ersetzt - und die klassischen AA-Akkus und AAA-Batterien wurden mit Nickel-Metallhydrid-Batterien ersetzt, die ähnliche Eigenschaften haben, aber nicht giftig sind.

In den mehr als 200 Jahren, in denen wir elektrische Batterien verwenden, haben wir sie so weit perfektioniert, dass wir sie in Autos einsetzen können. Dennoch verwenden wir immer noch alte Blei-Säure-Batterien, weil sie billig und zuverlässig sind. Die Industrie stellt die Zellen auf Nickelbasis schrittweise ein und konzentriert sich auf Zellen mit Lithium als Hauptbestandteil. Diese Batterien bieten Stabilität, eine hohe Energiedichte und hoffentlich in Zukunft einen niedrigeren Preis.