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Die Funktionsweise von (wiederaufladbaren) Batterien

Obwohl vor über einhundert Jahren die wiederaufladbare Batterie erfunden wurde, kommt sie noch nicht sehr lange zum Einsatz. Heutzutage sind wiederaufladbare Batterien aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken: Tragbare Geräte und Hilfsmittel sind unglaublich beliebt geworden. Aber wie funktionieren (wiederaufladbare) Batterien? Und was macht ein Ladegerät? In diesem Artikel gehen wir auf die Grundlagen der Funkti-onalität einer (wiederaufladbaren) Batterie ein.

Ein wenig Chemie

Wie alles andere auch, besteht eine Batterie aus Atomen. Ein Atom besteht aus drei Teilchenarten:

  • Protonen (positiv)
  • Elektronen (negativ)
  • Neutronen

Idealerweise gleicht sich ihre Ladung aus: die Anzahl negativer und positiver Teilchen ist gleich. Entfernt man ein Elektron (also ein negatives Teilchen), wird das Atom positiv und umgekehrt. Da Atome immer neutral bleiben möchten, suchen sie nach anderen Atomen, um Elektronen auszutauschen, damit sie ihr Gleichgewicht wiederherstellen können. Dieser Austausch oder „Fluss“ der Elektronen erzeugt einen Elektrizitätsfluss.

Anode, Elektrolyt und Kathode

In Batterien kommt es außerdem zum Austausch von Elektronen. Jede Batterie besteht aus drei Teilen: einer Anode, einem Elektrolyt und einer Kathode. Unterschiedliche Batteriearten verwenden aber unterschiedliche Chemikalien, um diese Teile herzustellen.

In einer vollen Batterie ist die Anode negativ und die Kathode positiv geladen. Warum? Die Anode enthält überschüssige (negative) Elektronen, während der Kathode Elektronen fehlen. Natürlich möchte die Anode einige der Elektronen loswerden, indem sie die überschüssigen Elektronen an die Kathode abgibt.

Indem ein drittes Element hinzugefügt wird, der Separator mit dem Elektrolyt, kann man den Fluss steuern und eine Batterie herstellen. Der Separator fungiert als Barriere zwischen der Anode und Kathode in der Zelle. Damit ist der Fluss von elektrischer Energie nur möglich, wenn die Batterie mit einem Gerät verbunden ist.

Die Funktionsweise von wiederaufladbaren Batterien

Alle Batterien funktionieren auf die gleiche Art: Elektronen bewegen sich von einer Anode zu einer Kathode, bis die Anode keine Elektronen mehr aufweist. Dann ist die Batterie leer oder „tot“.

Bei Primärbatterien ist hier das Ende erreicht. Bei Sekundär- oder wiederaufladbaren Batterien kann ein Ladegerät den Elektronenfluss umkehren und so das ursprüngliche Übermaß an Elektronen in der Anode wiederherstellen, wodurch das erzeugt wird, was wir als aufgeladene Batterie bezeichnen.

Ob diese Reaktion rückgängig gemacht werden kann, hängt von den Chemikalien ab, die in der Batterie verwendet werden. Alkalibatterien ermöglichen herstellungsbedingt zum Beispiel keine Umkehrung des Flusses. Versucht man es trotzdem, kann dies gefährlich werden.

Eine NiMH (Nickel-Metallhydrid)-Batterie ermöglicht Hunderte teilweise Tausende Male einen erzwungenen Umkehrfluss. Dieser Prozess verursacht aber mit der Zeit Schäden an den Chemikalien. Daher kann man Batterien nicht unendlich oft wiederaufladen und entladen: An einem gewissen Punkt sind die Chemikalien zu stark zerstört, um noch eine Ladung zu halten.

Zur weiteren Lektüre

Wie funktionieren (wiederaufladbare) Batterien dann immer wieder? Wie groß die Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie ist, hängt vom Hersteller, der Art der Batterie und den Bedingungen ab, unter denen sie verwendet wird. Um mehr darüber zu erfahren, wie NiMH-Batterien hergestellt werden, lesen Sie hier einen unserer bisherigen Artikel.