Tip:
Highlight text to annotate it
X
Wie eine Blei-Säure-Batterie funktioniert Technik-Typ Serie Nr. 4
Die zunehmende Menge Technologie, auf die wir uns im
täglichen Leben verlassen, macht transportable Energie
in unserer heutigen Welt unabdingbar.
Wir betreiben unsere Mobiltelefone und Laptops mit
Lithium-Ionen-Batterien, Taschenlampen mit Alkaline Typen,
und viele unserer Uhren benötigen Batterien die mit Silberoxid hergestellt werden.
Diese jedoch könnte die wichtigste von allen sein.
Ich weiß, sie scheint wie ein klobiges, altmodisches Ding
sie wurde im 19. Jahrhundert erfunden
aber sie bringt unsere Welt immer noch dadurch in Bewegung, dass sie
Autos, Motorräder und LKW anlässt.
Kein Wunder, dass sie die meistverkaufte Batterie ist.
Wenn man versteht, wie diese Batterie funktioniert,
kann man die grundlegenden Prinzipien aller neueren verstehen
und sogar erkennen, warum kein einziger Battreietyp für alle Anwendungen verwendet werden kann.
Lasst uns einen Blick hinein werfen.
Das Erste, was an dieser motorradbatterie auffällt ist, sie ist schwer.
Das liegt daran, dass sie dicht mit Blei und Bleioxyd Platten bestückt ist,
die beide eine hohe Dichte aufweisen.
Dies ist eine Zelle einer identischen Batterie
und man sieht das Blei und darunter das Bleioxyd.
Sie wechseln sich durchweg ab.
Lasst mich euch zeigen, wie sie mit nur 2 Platten Energie speichert.
Ich habe hier eine Bleiplatte und eine Bleioxydplatte aus der Batterie
und Schwefelsäure.
Jetzt passt auf was pasiert, wenn ich die Adern verbinde
Die LED erstrahlt.
Ein Strom fließt von der Bleioxyd-Kathode zur Blei-Anode.
Das Blei gibt Elektronen ab, die das Bleioxyd aufnimmt.
Dieser Austausch verwandelt beide Platten in massives Bleisulfat.
Lasst uns den Spannungsunterschied zwischen den Adern messen.
Wie man erkennt sind es etwa 2 Volt,
was bedeutet für diese 12 Volt Batterie
sind 6 Zellen hintereinandergeschaltet um die 12 Volt zu erreichen.
Das ist also die grundlegende elektro-chemische Reaktion
Nun lasst uns anschauen, wie man eine Batterie entwickelt.
Wir wollen, dass eine Batterie eine hohe Dichte von Energie oder Leistung aufweist.
Der Unterschied ist, das Batterien mit hoher Energiedichte
große Mengen Energie speichern können
und diese zuverlässig über eine lange Zeit abgeben,
wohingegen Batterien mit hoher Leistungsdichte schnell
große Mengen Energie abgeben.
Diese Batterie wurde im Hinblick auf Energie entworfen,
da zum Starten eines Motorrades ein Stromstoß von annähernd 400 Ampere benötigt wird.
Um Platz zu sparen, müssen die Platten dicht aneinander untergebracht werden,
doch um sicher zu stellen, dass der Elektronenaustausch
durch die Batteriepole statt findet,
sind die Platten mechanisch durch durchlässige Schichten getrennt.
Jetzt zeige ich euch 2 Platten einer entladenen Batterie,
damit ihr den Effekt einer Tiefentladung einer Batterie erkennen könnt.
Wenn wir diese 2 Platten betrachten, erkennen wir
den Effeklt einer Langzeitentladung.
Diese dünne Schicht ist Bleisulfat.
Dies erklärt, warum man eine Autobatterie zerstört,
wenn man sie einige male vollständig entlädt.
Während die Batterie entlädt, verkrustet Bleisulfat den Zwischenraum der Platten.
Wenn sich zu viel bildet, kann die Battreie niemals wieder geladen werden.
Dies zeigt, dass jede Anwendung
eine andere Art Batterie benötigt.
Bei den meisten technischen Dingen
gibt es Kompromisse
zwischen Charakteristika, die man möchte
und denen, die man braucht.
In der Tat ist der härteste Teil der Entwicklung oft
das Ausbalancieren der Kompromisse des Designs.
So macht eine Autobatterie zum Beispiel einen guten Job beim Anlassen,
aber nicht beim Antreiben, wie bei einem Elektroauto.
Sie ist auch nicht gut zum Speichern von Energie
einer Solaranlage an einem Haus geeignet.
Dort gewinnen wir Sonnenenergie,
laden die Batterien
und verwenden anschließend die gespeicherte Energie
auf eine Vielzahl von Arten, bis die Batterien entladen sind
und laden sie anschließned erneut mit der Sonnenenergie.
Für diesen Zweck wird eine sogenannte tiefentladesichere Batterie verwendet.
Wie der Name schon andeutet, kann ein großteil der Batteriekapazität verwendet
und dann einfach nachgeladen werden.
Zur Umwandlung einer Starterbatterie,
wie sie in Autos und Motorrädern verwendet wird,
in eine tiefentladesichere Batterie sind 3 Dinge nötig.
Es werden dickere Elektroden verwendet, um die Energiedichte zu erhöhen,
die einen größeren Abstand aufweisen, so dass Bleisulfat Ablagerungen abfallen können
und darunter wird Platz geschaffen, wo sich die Ablagerungen sammeln können.
Der NAchteil ist, dass sie größer und schwerer ist
und einen geringeren Strom liefert als eine Autobatterie.
Man könnte meinen, dass wir die Blei-Säure-Batterie loswerden sollten.
Sie birgt ein großes Umweltrisiko, wenn sie nicht korrekt entsorgt wird.
Wir haben immer noch die Blei-Säure-Batterie des 19. Jahrhunderts,
da die Natur uns reichlich
Elektrodenmateriel gegeben hat, Blei und Bleioxyd,
die beide iene hohe Leitfähigkeit haben.
Wenn wir diese Materielien korrekt anordnen, haben wir
eine günstige BAtterie mit hoher Leistungsdichte.
Keine anderen, in der Natur vorkommenden, Materialien erfüllen diese Kriterien so gut,
was bedeutet, dass es mit der heutigen Technologie extrem schwierig ist,
diese Grenze zu überwinden.
Deshalb ist die Technologie des 19. Jahrhunderts immer noch
das Startsignal für unsere Autos.
Ich bin Bill Hammack, der Techniktyp.
Dieses Video basiert auf einem Kapitel in dem Buch
Acht phantastische Technikgeschichten.
Das Kapitel liefert mehr Informationen zu diesem Thema.