Aus unserem Leben sind sie nicht mehr wegzudenken. Batterien stecken in so vielen kleinen Geräten in unserem Alltag, dass uns gar nicht bewusst ist, wie abhängig wir von ihrer Entwicklung sind. Umso wichtiger ist es, dass wir heute mal einen genaueren Blick auf die Erfindung der Batterie und ihre Weiterentwicklung werfen.

Wie alles begann – die Ursprünge der heutigen Batterie

Mit der Entdeckung von Elektrizität stellte sich ebenfalls die Frage, ob Energie auch unabhängig von einer Elektrisiermaschine verfügbar sein, sie also gespeichert werden kann. Die ersten Versuche in den 1740er Jahren mündeten in fast identischen Resultaten in den Niederlanden und in Deutschland. Meist bekannt unter dem Namen Leidener Flasche konnte diese eine geringe Menge elektrischer Energie speichern und bewies, dass Elektrizität gelagert werden kann. Die Leidener Flasche galt zu dieser Zeit als erster mobiler Speicher für elektrische Energie.

Von der ersten bedeutenden Batterie sprechen wir bei der Volta’schen Säule. 1799/1800 entwickelte Alessandro Volta die erste elektrische Batterie mit Zink und Kupfer, die als Vorgänger der uns bekannten Batterie gehandelt wird. Bis heute gilt sie als eine der wichtigsten Erfindungen.

Zeitachse Batterie2

Die Erfindung der modernen Batterie

1859 verbesserte der Franzose Gaston Planté die Entwicklungen seiner Kollegen und ordnete die Bleiplatten für eine Bleisäurebatterie neu an. Seine Anordnungsform findet man noch heute in gängigen Bleisäurebatterien. Bis zur industriellen Nutzung der Batterietechnik dauerte es allerdings noch einige Jahre. Bleisäurebatterien hatten den großen Vorteil, dass sie für geringe Kosten verhältnismäßig viel Strom speichern konnten.

Die erste Trockenbatterie, dessen Namen auf die Verwendung einer festen Kohle-Elektrode zurückzuführen ist, wurde 1866 von George Leclanché vorgestellt. Seine Entwicklung des Zink-Kohle Elements wurde ihm zu Ehren in das Leclanché-Element umbenannt. Trotz des bereits erwähnten Trockenelements konnte diese Batterie auslaufen und dabei die Batterieanschlüsse des jeweiligen Geräts vollständig zerstören.

Das erste alkalische Batteriesystem wurde 1899 in Schweden durch Waldemar Jungner entwickelt. Seine Nickel-Cadmium-Batterie wurde fast zeitgleich auch von Thomas Edison 1901 vorgestellt. In der Vergangenheit wurden sie häufig genutzt, allerdings sind die Verkaufszahlen in den letzten Jahren rückläufig – insbesondere wegen dem umweltschädlichen Schwermetall Cadmium.

20. Jahrhundert: Der Speicherbedarf wächst – neue Lösungen kommen auf den Markt

Die heute bekannten alkalischen Batterien sind allerdings erst in den 1950er Jahren vorgestellt worden. Das von Lewis Urry entwickelte System der Alkali-Mangan-Batterie eignet sich besonders für Niedrigstromanwendungen und bietet dabei eine höhere Kapazität und eine bessere Belastbarkeit als Zink-Kohle-Batterien. Mit ihrer Massentauglichkeit löste die Alkali-Mangan-Batterie die Zink-Kohle-Batterie ab.

Als nächstes wurde von Standford Ovshinsky und Masahiko Oshitani in den Jahren 1962 bis 1982 die Nickel-Metallhydrid-Batterie entwickelt, welche im Gegensatz zur NiCd-Batterie ohne giftige Schwermetalle auskommt. Letztere ist inzwischen EU-weit bis auf wenige Ausnahmen verboten.

Die neueste und wohl vielversprechendste Batterietechnolgie ist die bereits im letzten Beitrag erwähnte Lithium-Ionen-Batterie. Als erstes Unternehmen brachte Sony 1991 einen Speicher in Lithiumform auf den Markt. Verbaut sind sie mittlerweile in den meisten unserer technischen Geräte. Das Smartphone besitzt einen Lithium-Ionen-Akku und auch der Laptop lässt sich dank Lithium-Ionen-Akku überall nutzen. Interessant aufgrund ihrer hohen Energiedichte bei geringem Gewicht ist die Lithium-Ionen-Technologie ebenfalls für Elektroautos und Solarbatterien. Hier kommt sie inzwischen als Ersatz für die eher schweren Bleisäurebatterien zum Einsatz.

Was die Zukunft bringen wird

Der Erfolg der Energiewende hängt entscheidend von der Möglichkeit ab, den schwankenden Naturstrom effizient zu speichern. Neben Pumpspeicherkraftwerken und Power-to-Heat sind Batterien als elektrochemische Speicher ein wichtiger Bestandteil. Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihres günstigen Energie-Gewichts-Verhältnisses aktuell das Beste, was man bekommen kann. Gerade für Anwendungen in der E-Mobilität gibt es aber noch Luft nach oben und in Zukunft einiges zu erwarten. Vor allem weitere Gewichteinsparungen stehen im Fokus der Forschung.
Weitere Informationen:
http://www.applet-magic.com/batterytech.htm

The Evolution of Battery Technology