Du hast das sicher schon erlebt.
Dein Handy piept ein letztes Mal vorwurfsvoll,
bevor es mitten im Gespräch ausgeht.
In dem Moment würdest du die Batterie sicher lieber an die Wand werfen,
als sie zu bestaunen,
aber Batterien sind ein Triumph der Wissenschaft.
Dank ihnen gibt es Smartphones und andere Geräte,
die wir auch ohne ständigen Kabelanschluss verwenden können.
Aber auch die besten Batterien werden täglich schwächer.
Tag für Tag verlieren sie Kapazität, bis sie schließlich verbraucht sind.
Warum passiert das
und wie speichern Batterien überhaupt so viel Energie?
Es begann in den 1780er Jahren mit zwei italienischen Wissenschaftlern,
Luigi Galvani und Alessandro Volta,
und mit einem Frosch.
Einer Legende nach studierte Galvani ein Froschbein
und berührte dabei einen Nerv mit einem Metallinstrument,
sodass die Beinmuskeln zuckten.
Galvani nannte das "Tierelektrizität",
da er glaubte, dass eine Art Elektrizität in den Lebewesen gespeichert wäre.
Aber Volta war anderer Meinung.
Er behauptete, es sei das Metall selbst, welches das Bein zucken ließ.
Voltas revolutionäres Experiment setzte der Debatte schließlich ein Ende.
Er prüfte seine Theorie mit einer Säule
aus sich abwechselnden Zink- und Kupferschichten,
getrennt durch in Salzlösung getränkte Papier- oder Stoffschichten.
Was in Voltas Säule passierte, nennen moderne Chemiker Oxidation und Reduktion.
Das Zink oxidiert, es gibt also Elektronen ab,
die wiederum durch Reduktion von den Wasser-Ionen aufgenommen werden.
Dabei entsteht Wasserstoffgas.
Volta hätte der letzte Teil schockiert.
Er dachte, die Reaktion fände im Kupfer statt,
nicht in der Lösung.
Trotzdem würdigen wir Voltas Entdeckung,
indem wir die Einheit für die elektrische Spannung
heute "Volt" nennen.
Dieser Oxidations- und Reduktionskreislauf erzeugt einen Elektronenstrom,
und schließt man dazwischen eine Glühlampe oder einen Staubsauger an,
erhält der Gegenstand Strom.
Seit dem 18. Jahrhundert wird Voltas Entwurf verbessert.
Die chemische Lösung ersetzen heute mit chemischer Paste gefüllte Zellen,
aber das Prinzip ist das gleiche.
Ein Metall oxidiert, wodurch Elektronen freigesetzt werden,
die nutzbar sind, bevor sie durch Reduktion
wieder aufgenommen werden.
Aber keine Batterie hat unbegrenzt viel Metall,
und sobald das meiste oxidiert ist, ist die Batterie leer.
Wiederaufladbare Akkus lösen das Problem teilweise,
indem Oxidations- und Reduktionsprozess bei ihnen umkehrbar sind.
Die Elektronen können in die andere Richtung zurückfließen,
wenn man Strom anlegt.
Beim Anschließen eines Ladegeräts wird Strom aus der Steckdose bezogen,
der die Reaktion zur Regeneration des Metalls antreibt,
sodass wieder Elektronen zur Oxidation verfügbar sind, wenn sie gebraucht werden.
Aber auch wiederaufladbare Akkus halten nicht ewig.
Mit der Zeit entstehen durch wiederholtes Aufladen
Schäden und Unebenheiten in der Metalloberfläche,
was die Oxidation behindert.
Die Elektronen können nicht mehr Teil des Kreislaufs werden
und der Akku ist aufgebraucht.
Einige einfache wiederaufladbare Akkus
überstehen nur einige hundert Ent- und Aufladezyklen,
aber neuere, bessere Akkus mehrere tausend Zyklen.
Zukünftige Akkus könnten leichte, dünne Platten sein,
die auf Basis der Quantenphysik funktionieren
und die hunderttausende Ladezyklen lang halten.
Aber bis es gelingt, wie bei Autos
Bewegung zum Aufladen deines Akkus zu nutzen,
oder bis sie Solarzellen in dein Gerät einbauen,
benutzt du am besten dein Ladegerät,
anstatt eine Batterie zum Laden einer anderen zu verwenden,
um das fatale Piepen hinauszuzögern.