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Infopool: Batterien   

Auch wenn die erste wiederaufladbare Batterie („Rittersche Säule“) Anfang des 19. Jahrhunderts erfunden worden ist, begann die Elektrochemie erst 30 Jahre später (M. Faraday). Eine Batterie, so wie wir sie heute kennen, kann aus einer oder mehreren zusammen geschalteten Zellen bestehen. Eine Zelle ist ein galvanisches Element aus Elektrodenpaar, Elektrolyt und Gehäuse (evtl. Seperator).

 

Man unterscheidet zwischen Primärzellen (Einwegzellen) und Sekundärzellen (Akkumulatoren). Unabhängig davon, ob eine Primär- oder eine Sekundärzelle vorlieg,t ist der Aufbau immer identisch. Es gibt eine Reihe von verschiedenen Batterietypen für unterschiedliche Einsatzgebiete. So spielen zum Beispiel Lithium-Ionen-Akkus wegen ihrer hohen Energiedichte und Lebensdauer heutzutage eine Schlüsselrolle in batterieelektrischen Fahrzeugen.

 

Aufbau

Ein Batteriemodul besteht aus einem Batteriegehäuse, Zellen (die zu Packs verschachtelt sind), einer Battery-Management-Unit (BMU) und Peripherie (Kühlung etc.). Die Einzelzelle aus Gehäuse, Elektroden/Stromsammler, Separator, Elektrolyt und Kontakte. Der Anteil an Cobalt, Nickel und Lithium beträgt derzeit 3 Gew.-% und Aluminium und Kupfer ca. 15-25 Gew.-%. Die häufigste Bauweise einer Zelle ist die Zylindrische Zelle vom Typ 18650 (18 mm Durchmesser, 65 mm Länge). Diese sind einfach in der Fertigung, der Pressdruck auf den Elektrodenstapel ist reproduzierbar und beim Öffnen des Überdruckventils ist der Gasweg definiert.

 

Anwendung

Der wichtigste Markt für Batterien ist der 4C-Markt (Cellular phone, CPU, Camcorder, Cordless Tool). In jedem Handy ist heutzutage ein Lithium-Ionen- Akku verbaut. Auch andere tragbare Geräte werden mit solchen Akkus versorgt, da herkömmliche Akkus (NiCd, NiMH) zu schwer oder zu groß wären. Weitere Vorteile sind die thermische Stabilität und der Wegfall des Memory-Effektes.

 

Jedoch ist auch hier ein Umdenken notwendig, sowohl im Umgang mit Lithium-Ionen-Akkus als auch mit der Pflege. Lithium-Ionen-Akkus spielen wegen ihrer hohen Energiedichte und Lebensdauer auch eine Schlüsselrolle in der Elektromobilität.

 

Ausblick

Durch neue Generationen ist es möglich, heutige Akkus zu verbessern. Dadurch können Ladezeiten verkürzt und die Lebensdauer der Akkus verlängert werden. Jedoch besteht ein hoher Forschungs- und Entwicklungsbedarf bis diese Ziele erreicht werden. Auch werden durch Skaleneffekte geringere Kosten in der Fertigung erreicht und die Akkus erschwinglicher.

 

Eine „Redox-Flow-Batterie“ ist eine sog. „tankbare Batterie“. Durch den hohen Wirkungsgrad (>75% Gesamtsystem), lange Lebensdauer, hohe Zyklenfestigkeit (>10000), einer schnellen Ansprechzeit (µs – ms), geringem Wartungsaufwand und einer vernachlässigbaren Selbstentladung besitzt sie hervorragende Eigenschaften.