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Batteriewissen

 

 

Wissenswertes zum Thema Batterien

Hier erfahrt Ihr alles rund um das Thema Batterien. Von der Geschichte und Entstehung der Batterie bis hin zu den wichtigesten Basisinformationen von Batterien. Zudem findet Ihr in unserem Blog ein kleines Batterie-Lexikon mit Begriffen aus der Batterie-Welt.

Galvanisches Froschexperiment

Froschschenkel-Experiment

Geschichte und Entstehung der Batterie

Entstehung und historische Entwicklung von Batterie und Akku!

Batterien und ihre Verwandten – die wiederaufladbaren Akkus – sind ständiger Begleiter in unserem Alltag und finden sich in unzähligen Geräten wieder. Es lässt sich getrost sagen, dass viele geniale Ideen es nicht zur Marktreife gebracht hätten, wenn es die kleinen und großen  Energiespeicher nicht gäbe. Jede Taschenlampe benötigt Batterien, in jedem Handy steckt ein Akku, um nur zwei gängige Produkte zu nennen. Aber wer hat die Batterie eigentlich erfunden?

Galvani und der Frosch

Es gibt nicht die eine Person. Vielmehr lief die Entwicklung zur Batterie und Akku, wie wir sie heute kennen, in mehreren Schritten ab. Dabei beruht der erste Schritt mehr oder weniger auf einem Zufall.

Der italienische Forscher und Arzt Luigi Galvani experimentierte im Jahr 1780 in Bologna mit einem Versuchsaufbau, bei dem er die Schenkel eines toten Frosches mit Kupfer und Eisen zusammenbrachte. Dadurch kontrahierten die Muskeln und brachten die Froschschenkel zum Zucken.

Ohne es zu wissen, hatte Galvani einen Stromkreis hergestellt, der aus den beiden Metallen und dem salzwasserhaltigen Froschschenkel als Elektrolyt bestanden. Die Muskelkontraktion übernahm dabei gleichermaßen die Funktion als „Stromanzeiger“.

Auch die weiteren Zusammenhänge wurden dem Arzt nicht bewusst. Trotzdem legte das Experiment den Grundstein für die Entwicklung der Batterie, denn das Prinzip, chemische Energie in eine elektrische zu verwandeln, gilt bis heute. Dafür werden zwei unterschiedliche Elektroden sowie ein Elektrolyt benötigt. In Galvanis Fall waren dies Kupfer, Eisen und der tote Frosch. Ihm zu Ehren wird die Kombination von Elektroden und Elektrolyt bis heute als Galvanische Zelle bezeichnet.

Die Säule des Alessandro Volta

Rund zwei Jahrzehnte später sorgte der Phyisker Alessandro Volta aus Italien mit seiner Erfindung der Voltasäule für einen Meilenstein in der Geschichte der Elektrizität. Für die Säule schichtete er Platten aus Kupfer und Zink mit Lagen aus Pappe oder Leder, die in Salzwasser getränkt waren, übereinander. Mit dieser Anordnung mehrerer Galvanischer Zellen erzielte er eine hohe Spannung und schuf eine erste kontinuierlich arbeitende Stromquelle für die weitere Forschung.

So recht gewürdigt wurde Voltas Errungenschaft erst nach seinem Tod, aber sie gilt unter Fachleuten heute als eine der wichtigsten Erfindungen überhaupt. Die Galvanische Zelle und die Voltasäule lösten gemeinsam im 19. Jahrhundert einen regelrechten Boom bei der Erforschung der Elektrizität innerhalb der Chemie aus.

Auf dem Weg von der Batterie zum Akku

Im Jahr 1802 konstruierte der deutsch Physiker Johann Wilhelm Ritter nach dem Vorbild Voltas seine eigene Säule, die so genannte Rittersche Ladungssäule. Er tränkte dafür Kupfer- und Pappscheiben mit Salz und schichtete sie abwechselnd übereinander. Diese Säule konnte im Gegensatz zu Voltas Produkt aufgeladen, entladen und wieder aufgeladen werden. Damit war der erste Akku geboren.

Die weitere Entwicklung in der Geschichte des Akkus – bis hin zu den Produkten für die Luftfahrt von AIRBATT – wäre ohne Ritter anders verlaufen.

Alessandro Volta

Johann Wilhelm Ritter

Bild von Luigi Galvani

Luigi Galvani

Schlag auf Schlag zur modernen Batterie

Das 19. Jahrhundert brachte einige entscheidende Ergebnisse, die für die Entwicklung hin zur modernen Batterie eminent wichtig waren. Der französische Physiker Gaston Planté arbeitete mit Blei und präsentierte 1859 mit seiner Blei-Säure-Batterie das erste wiederaufladbare Exemplar, das auch massentauglich war, denn diese Art von Batterie war in der Herstellung relativ kostengünstig und konnte eine große Menge Energie speichern. Mit Plantés Erfindung wurde 1881 übrigens das erste offiziell anerkannte Elektroauto bestückt, das Trouvé Tricycle seines Landsmannes Gustave Trouvé.

Hatten bis dahin sämtliche Batterien flüssige Bestandteile – was mit gewissen Risiken behaftet war – stellte der Physikochemiker Georges Leclanché im Jahr 1866 die erste Trockenbatterie in der Öffentlichkeit vor, die aus Zink und einer festen Kohlenelektrode bestand. Dieses Element wurde später zu seinen Ehren Leclanché-Element genannt.

Der Schwede Waldemar Jungner experimentierte mit verschiedenen Metallen, um eine Batterie zu entwickeln, deren Elektrolyt sich während der chemischen Reaktionen an den Elektroden nicht veränderte. Das Ergebnis war eine 1899 patentierte Nickel-Cadmium-Batterie. Leider war Jungner damit nicht sehr viel Erfolg beschieden, denn nahezu zeitgleich wurde von Thomas Edison, dem Erfinder der Glühbirne, ebenfalls eine Nickel-Cadmium-Batterie vorgestellt. In der Folge kam es zu langjährigen Streitigkeiten um das Patent, aus denen Edison auf Grund seiner deutlich größeren Finanzmittel als Sieger hervorging. Jungner gab sein Patent am Ende für andere Hersteller frei.

Die Innovation des 20. Jahrhunderts

Mit der Entwicklung der Alkali-Mangan-Batterie durch den Kanadier Lewis Urry in den 1950er Jahren begann der Siegeszug der heute gängigen, alkalischen Batterien. Auf Grund ihrer hohen Belastbarkeit und Kapazität sind die besonders gut für Anwendungen geeignet, die einen Niedrigstrom erfordern. Zu ihrem Erfolg trug darüber hinaus das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis bei, das sie für den Massenmarkt tauglich machte.

Der nächste Schritt in der Geschichte der Batterie ist vor allem aus ökologischer Sicht bedeutsam. Mit der Erfindung der Nickel-Metallhybrid-Akkus (NiMH) – die ursprünglich für die Produktion von Elektroautos eines amerikanischen Autoherstellers gedacht waren – gelang es dem Amerikaner Stanford Ovshinsky in Zusammenarbeit mit Masahiko Oshitani, eine Batterie ohne giftige Metallanteile zu entwickeln.

Im Jahr 1991 kam die bis heute letzte große Innovation auf den Markt: die Lithium-Ionen-Batterie. Sie zeichnet sich vor allem durch eine hohe Energiedichte bei gleichzeitig geringem Gewicht aus. Einen wesentlichen Anteil an deren Entwicklung hatte der Materialwissenschaftler und Physiker John B. Goodenough. Der in Deutschland geborene US-Amerikaner erkannte als erster das große Potenzial des chemischen Elements Lithium für die Produktion von Batterien und Akkus und erhielt für seine Forschung im Jahr 2019 den Nobelpreis für Chemie. Zu diesem Zeitpunkt war er übrigens mit 97 Jahren der älteste Mensch, dem diese Ehrung zuteil wurde.

Lithium-Ionen-Akkus sind aus unserem Alltag für den Gebrauch in elektrischen Geräten nicht mehr wegzudenken. Sie finden sich unter anderem in Smartphones, Tablets, Notebooks und Digitalkameras.

Was bringt das 21. Jahrhundert

Große aktuelle Themen wie die Energiewende, Elektromobilität, die Reduzierung von CO2-Emissionen, Ressourcenknappheit oder Recycling werden sicherlich zu weiteren Erfindungen und Entwicklungen bei Batterien und Akkus beitragen. Auf diesem Gebiet wird in vielen Bereichen und Branchen intensiv geforscht, so dass in näherer Zukunft spannende Innovationen zu erwarten sind.

Quelle Bilder: wikipedia.org

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