Wie Batterien funktionieren – Adam Jacobson

Die ganze Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/why-batteries-die-adam-jacobson

Batterien sind ein Triumph der Wissenschaft. Dank ihnen können wir Smartphones und andere Geräte nutzen, ohne dass wir ständig an einen Kabelsalat gefesselt sind. Aber auch die besten Batterien haben eine begrenzte Lebenszeit. Sie verlieren langsam Kapazität, bis sie schließlich unbrauchbar sind. Warum ist das so und wie speichern Batterien überhaupt so viel Energie? Adam Jacobson erklärt die grundlegende Funktionsweise von Batterien.

Lektion von Adam Jacobson, Animation von FOX Animation Domination High-Def.

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.