Prinzipien und Anwendungen der chemischen Energiespeicherung in Batterien

Entdecke die faszinierende Welt der elektrochemischen Energiespeicherung, die eine Schlüsselrolle in der Energiewende und der Nutzung erneuerbarer Energien spielt. Sie basiert auf der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie durch Redoxreaktionen, was in Geräten wie Batterien und Brennstoffzellen zum Einsatz kommt.

Wie funktioniert die Energiespeicherung in Batterien?

Die Energiespeicherung in Batterien erfolgt in Form von Ladungsträgern, die durch Reduktions- und Oxidationsvorgänge aufgenommen bzw. abgegeben werden. Dabei erzeugt deren Fluss einen elektrischen Strom i (t): Ein Elektron (bzw. Proton mit der Ladung Q [As = Coulomb = C]) besitzt die Elementarladung

Wie funktioniert die Energiespeicherung in wiederaufladbaren Lithiumionen-Batterien?

Die Energiespeicherung in wiederaufladbaren Lithiumionen-Batterien beruht auf der reversiblen Ein- und Auslagerung von Li-Ionen in sogenannte Aktivmaterialien durch elektrochemische Redoxreaktionen. Dies wird als Interkalation bezeichnet. Als Aktivmaterialien für die positive und negative Elektrode sind verschiedene Verbindungen möglich.

Wie funktioniert die Energiespeicherung?

Die Energiespeicherung beruht auf der Umwandlung von Nickelhydroxid zum Nickeloxyhydroxid an der positiven Elektrode, bei der ein formaler Wertigkeitswechsel des Nickels von + 2 zu + 3 eintritt. An der negativen Elektrode wird beim Laden Cadmiumhydroxid (Cadmium mit der Wertigkeit + 2) zu metallischem Cadmium (Wertigkeit 0) umgewandelt.

Was sind die wesentlichen Kenngrößen der Energiespeicher?

Die wesentlichen Kenngrößen der Energiespeicher sind ihre Spannungslage und der Energieinhalt. Die Spannungslage ergibt sich aus der Differenz der Elektrodenpotenziale und somit aus der Art der eingesetzten Elektroden. Je nach betrachtetem System werden Spannungsgrenzen für den Lade- und Entladeprozess vorgegeben.

Was ist die kleinste elektrochemische Einheit einer Batterie?

Die kleinste elektrochemische Einheit einer Bat-terie heißt Zelle. Sie besitzt noch kein gebrauchs-fertiges Gehäuse, keine anschlusssicheren Kontakte und ist in der Regel durch Löt- oder Schweißkon-takte mit der Nachbarzelle innerhalb der Batterie verbunden. Eine Batterie ist an einem gebrauchs- fertigen Gehäuse zu erkennen.

Wie beeinflusst die Dichte des Elektrolyten die Energiedichte einer Batterie?

Die Dichte des Elektrolyten und die Zellspannung bestimmen maßgeblich die Energiedichte der Batterie. Die Elektrolyte werden außerhalb der Zelle in zwei getrennten Tanks gelagert. Somit ist die Redox-Flow-Zelle der einzige Typ elektrochemischer Energiespeicher, in dem sich Energiemenge und Leistung unabhängig voneinander skalieren lassen.