Batterien wandeln chemische Energie in elektrische Energie um. Grundprinzip ist die unterschiedliche Tendenz verschiedener Elemente, Elektronen aufzunehmen bzw. abzugeben. Die in Batterien stattfindenden Reaktionen gehören zu den sogenannten Redox-Reaktionen.
Batterien kann man grob in zwei Arten aufteilen:
- Wiederaufladbare Batterien, bei diesen ist die Umwandlung der chemischen in elektrische Energie, die während der Entladung stattfindet, umkehrbar.Bei dem Ladevorgang wird also elektrische in chemische Energie umgewandelt.
- ,,Einweg-Batterien„, bei diesen ist die Umwandlung nicht mehr umkehrbar.
Wiederaufladbare Batterien sind derzeit die einzige beliebig skalierbare Art der Speicherung elektrischer Energie, die prinzipiell praktikabel ist. Von Nachteil sind allerdings ihre kostenintensive und energieaufwendige Herstellung sowie ihre beschränkte Lebensdauer. Von zusätzlichem Nachteil sind ihre relativ geringen Energiedichten im Vergleich zu flüssigen Brennstoffen wie Benzin oder Methanol.
In der folgenden Tabelle sind die wesentlichen Eigenschaften verschiedener
Batterien zusammengefaßt. Batterien, die nicht wiederaufladbar sind,
werden sicher keine große Bedeutung als Energie-„Quelle“
erlangen. Daher sind nur die drei gebräuchlichsten Batterietypen zum
Vergleich mit den wiederaufladbaren Batterien genannt
([HEIN1997,HERI1988]):
| Batterietyp | Energiedichte [Wattstunden pro Kilogramm] |
Energiedichte [Wattstunden pro Liter] |
Umweltverträglichkeit |
|---|---|---|---|
| Einweg-Batterien (auch Primärbatterien genannt) | |||
| Zink-Kohle-Batterie | 25-70 | 120-190 | – |
| Alkali-Mangan-Batterie | 80-120 | 200-300 | – |
| Lithium-Batterie | 300-500 | 500-800 | – |
| Wiederaufladbare Batterien (auch Akkumulator, Akku oder Sekundärbatterie genannt) | |||
| Blei-Akku (Pb) | 20-45 | 40-55 | – – |
| Nickel-Cadmium-Akku (NiCd) | 40-55 | 30-80 | – – |
| Nickel-Metallhydrid (NiMH) | 24-40 | / | o |
| Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion) | ca. 100 | / | / |
| Lithium-Ionen-Akku, keramisch | > 150 | ca. 300 | + |
| Zum Vergleich | |||
| Benzin | 12000 | 9000 | / |
wiederaufladbaren Batterien möge die folgende Betrachtung dienen:
Ein Reisefön soll während eines Zelturlaubes mit in Akkumulatoren
gespeicherter Energie versorgt werden, der Fön wird an den 10 Tagen des
Urlaubs 3 Minuten pro Tag benutzt und hat einen Leistungsbedarf von
1000W. Der Akku muß eine Speicherkapazität von 1000W x 0.5h = 500Wh
besitzen. Technisch etabliert und (halbwegs) bezahlbar ist ein NiMH-Akku mit einer Energiedichte von 50Wh/kg. Der in diesem Beispiel benötigte Akku besitzt also ein Gewicht von 10kg und würde mehrere Tausend DM kosten!
Fazit: Man würde die Haare wohl eher an der Luft trocknen lassen, als sich mit einem 10 kg schweren Akku abzuplagen!
Auffallend ist die vergleichsweise geringe Speicherdichte der wiederaufladbaren Batterien im Vergleich zu den Einweg-Batterien. Nur moderne Lithium-Ionen-Batterien kommen an Einweg-Batterien heran. Der Vergleich mit dem Energieträger Benzin zeigt, warum es als Treibstoff so erfolgreich ist: Seine Energiedichte ist etwa 20-mal höher als die bester wiederaufladbarer Batterien.
Verwandte Systeme zu Batterien
Man kann die Elektroden der Batterie und die Elektrolyte voneinander trennen. Flüssige Elektrolyte werden in einfachen Tanks gespeichert, deren Größe die Speicherkapazität der Batterie bestimmt. Die Speicherkapazität kann dadurch kostengünstig erhöht werden. Solche Systeme befinden sich in der Entwicklung und werden z.B. als Strömungsbatterien bezeichnet.
Brennstoffzellen können als „Einweg-Batterien“, aufgefaßt werden. Sie chemische Energie direkt zu elektrischem Strom um. Spezielle Brennstoffzellen können auch wieder elektrischen Strom per Elektrolyse in z.B. Wasserstoff und Sauerstoff umwandeln. Eine solche Brennstoffzelle mit den notwendigen Vorrichtungen zur Speicherung des Wasserstoffs funktioniert wie eine aufladbare Batterie.
engl.: Battery