Energie speichern: Die Geschichte der Batterie
Batterien sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken – sie treiben Smartphones, Elektrofahrzeuge und sogar ganze Stromnetze an. Doch der Weg zu den heutigen Hochleistungsbatterien war lang und geprägt von zahlreichen Innovationen. In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf die Geschichte der Batterie, ihre Funktionsweise und die neuesten Entwicklungen in der Batterietechnologie.
Antike Ursprünge: Die „Bagdad-Batterie“
Jede Geschichte hat ihren Anfang – doch bei der Batterie ist es schwierig, diesen genau zu bestimmen. Bereits im antiken Mesopotamien könnten erste Formen von Batterien existiert haben. 1936 entdeckte man nahe Bagdad ein Artefakt, bestehend aus einem Tongefäß, einem Kupferzylinder und einem Eisenstab. Einige Forscher vermuten, dass es sich um eine primitive galvanische Zelle handelt, die – wie der Name bereits andeutet – möglicherweise für elektrochemische Prozesse wie das Galvanisieren genutzt wurde. Allerdings gibt es bis heute keine eindeutigen Beweise für diese Theorie. Viele Archäologen sehen in dem Fund eher ein rituelles oder religiöses Objekt.
Die Geburt der modernen Batterie: Alessandro Voltas Voltasche Säule
Der italienische Physiker Alessandro Volta entwickelte 1800 die erste funktionierende Batterie, bekannt als Voltasche Säule. Sie bestand aus abwechselnden Schichten von Kupfer- und Zinkscheiben, getrennt durch in Salzlösung getränkte Tücher. Diese Anordnung erzeugte eine konstante elektrische Spannung und legte den Grundstein für die moderne Elektrochemie.
Fortschritte im 19. Jahrhundert: Die Blei-Säure-Batterie
Im Jahr 1859 erfand der französische Physiker Gaston Planté die erste wiederaufladbare Batterie, die Blei-Säure-Batterie. Diese Technologie basiert auf einem einfachen, aber effektiven Prinzip: Bleidioxid dient als positive Elektrode, metallisches Blei als negative Elektrode, und als Elektrolyt wird verdünnte Schwefelsäure eingesetzt.
Trotz ihrer vergleichsweise geringen Energiedichte von etwa 30 bis 50 Wh/kg – was bedeutet, dass sie weniger Energie pro Gewichtseinheit speichern kann als eine moderne Lithium-Ionen-Batterie – überzeugt die Blei-Säure-Batterie durch ihre Fähigkeit, hohe Ströme zu liefern. Diese Eigenschaft macht sie vor allem als Starterbatterie in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren unverzichtbar, da sie zuverlässigen Anlaufstrom auch unter anspruchsvollen Bedingungen gewährleistet.
Quelle: Monolithic Power Systems
Der Aufstieg der Alkali-Batterien
In den 1950er Jahren entwickelte der kanadische Ingenieur Lewis Urry die Alkali-Batterie, eine Weiterentwicklung der Zink-Kohle-Batterie, welche 1886 von dem deutschen Erfinder Carl Gassner entwickelt worden war. Durch die Verwendung von Kaliumhydroxid als Elektrolyt erreichte sie eine höhere Energiedichte und längere Lebensdauer, was sie ideal für tragbare elektronische Geräte machte.
Wiederaufladbare Alternativen: Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydrid
1899 entwickelte der schwedische Wissenschaftler Waldemar Jungner die Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd), die eine höhere Energiedichte als Blei-Säure-Batterien bot. Allerdings führte die Toxizität von Cadmium zu Umweltbedenken. In den 1980er Jahren wurden daher Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH) eingeführt, die sowohl umweltfreundlicher sind, als auch eine höhere Kapazität bieten.
Die Revolution der Lithium-Ionen-Batterie
Ein bedeutender Durchbruch gelang 1980 dem amerikanischen Physiker John B. Goodenough mit der Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie. Diese Batterien bieten eine hohe Energiedichte, geringes Gewicht und eine lange Lebensdauer, was sie ideal für mobile Geräte und Elektrofahrzeuge macht. 1991 brachte Sony die erste kommerzielle Lithium-Ionen-Batterie auf den Markt.
Sicherheit und Nachhaltigkeit: Lithium-Eisenphosphat-Batterien
1996 identifizierte das Forschungsteam um Professor John B. Goodenough an der Universität in Texas Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄) als vielversprechendes Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. Diese Entdeckung ermöglichte die Entwicklung von Batterien, die im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus eine höhere Sicherheit bieten. Sie sind weniger anfällig für Überhitzung und haben eine längere Lebensdauer, was sie besonders für Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeicher attraktiv macht. Unternehmen wie Tesla und BYD setzen zunehmend auf LFP-Technologie.
Quelle: Automobil Produktion
Aktuelle Entwicklungen und Zukunftsperspektiven
Die Batterietechnologie entwickelt sich rasant weiter. Forschungsschwerpunkte liegen derzeit auf Festkörperbatterien, die flüssige Elektrolyte durch feste Materialien ersetzen, sowie auf der Verwendung von Silizium-Anoden, die eine höhere Energiedichte ermöglichen. Zudem werden alternative Materialien wie Natrium oder Aluminium untersucht, um kostengünstigere und umweltfreundlichere Batterien zu entwickeln.
Fazit
Von den frühen Experimenten mit der „Bagdad-Batterie“ bis hin zu den hochentwickelten Lithium-Ionen- und LFP-Batterien von heute hat die Batterietechnologie einen beeindruckenden Weg zurückgelegt. Mit dem zunehmenden Bedarf an nachhaltigen Energiespeichern wird die Weiterentwicklung von Batterien zukünftig auch eine zentrale Rolle in der Energiewende spielen.
