Batterie

Eine Batterie ist ein elektrochemischer Stromspeicher, welcher chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Sie besteht aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen, die durch eine chemische Reaktion elektrische Energie erzeugen. Batterien sind in vielen Bereichen unverzichtbar, von tragbaren elektronischen Geräten bis hin zu großen Energiespeichersystemen und sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Technologie.

Aufbau einer Batterie

Eine typische Batterie besteht aus mehreren wichtigen Komponenten:

• Anode (negative Elektrode): Diese Elektrode gibt Elektronen während der Entladung ab.
• Kathode (positive Elektrode): Diese Elektrode nimmt Elektronen während der Entladung auf.
• Elektrolyt: Dies ist das Medium, das die Ionen zwischen Anode und Kathode transportiert.
• Separator: Eine Membran, die die Anode und Kathode physisch trennt, aber den Ionenfluss zulässt.
• Gehäuse: Das äußere Gehäuse, das die internen Komponenten schützt und zusammenhält.

Funktionsweise einer Batterie

Der Betrieb einer Batterie basiert auf sogenannten Redoxreaktionen (Reduktions-Oxidations-Reaktionen). An der Anode findet eine chemische Reaktion statt, bei der Elektronen freigesetzt werden (Oxidation), während an der Kathode eine Reaktion stattfindet, bei der Elektronen aufgenommen werden (Reduktion). Diese Elektronen fließen durch einen externen Stromkreis von der Anode zur Kathode, wodurch elektrischer Strom erzeugt wird.

Chemikalien und Rohstoffe in einer Batterie

Die in einer Batterie verwendeten Chemikalien variieren je nach Batterietyp. 

• Alkalische Batterie: Zink (Anode), Mangan(IV)-oxid (Kathode), Kaliumhydroxid (Elektrolyt)
• Lithium-Ionen-Batterie: Graphit (Anode), Lithium-Kobaltoxid oder Lithiumeisenphosphat (Kathode), Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel (Elektrolyt)
• Blei-Säure-Batterie: Bleidioxid (Kathode), Schwammiges Blei (Anode), Schwefelsäure (Elektrolyt)

Zudem erfordert die Herstellung von Batterien verschiedene Rohstoffe. Zu den wichtigsten Rohstoffen gehören:

• Lithium: Hauptbestandteil von Lithium-Ionen-Batterien, gewonnen aus Lithiumsalzen und Spodumen.
• Kobalt: Wird in Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien verwendet, abgebaut in Ländern wie der Demokratischen Republik Kongo.
• Nickel: Häufig in Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien enthalten, aus Nickelmineralien gewonnen.
• Graphit: Wird als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien verwendet, gewonnen aus natürlichen Graphitvorkommen oder synthetisch hergestellt.
• Blei: Hauptbestandteil von Blei-Säure-Batterien, abgebaut aus Bleierz.

Batterien in der Chemieindustrie

Batterien sind in der Chemieindustrie von zentraler Bedeutung, sowohl als Energiespeicher für Geräte und Maschinen als auch als Forschungsobjekte zur Entwicklung neuer, effizienterer Energiespeichertechnologien. Die ständige Weiterentwicklung von Batterien trägt zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Förderung erneuerbarer Energien bei, was für die nachhaltige Entwicklung und den Umweltschutz entscheidend ist. Durch das Verständnis der chemischen Prozesse und der verwendeten Materialien in Batterien können Chemieunternehmen ihre Produktionsprozesse optimieren und neue, leistungsfähigere Batterietypen entwickeln, die den wachsenden Anforderungen der modernen Welt gerecht werden.

Wie man herausfinden kann, ob eine Batterie voll oder leer ist, zeigt der Wissenschaffer im Video.