Wie funktioniert eine Batterie? Das Prinzip der galvanischen Zellen

Kristina Kielblock 1

Batterien oder Akkus sind inzwischen allgegenwärtig. Aufgrund der unzähligen Einsatzgebiete und deren unterschiedlicher Anforderungen bezüglich Spannung, Leistung und Kapazität sind auf dem heutigen Markt unüberschaubar viele Typ-Varianten von Batterien auf dem Markt. Dieser Ratgeber informiert über die grundsätzliche Funktionsweise einer Batterie.

Auch wenn es unglaublich viele Batterie- und Akku-Varianten gibt: im Grundsatz nutzen sie alle das Prinzip der galvanischen Zellen, um euer iPod oder die Taschenlampe zum Leuchten zu bringen. Diese chemisch-physikalischen Vorgänge machen sich Menschen schon seit dem Jahre 1800 zunutze, um Elektrizität mobil zu machen.

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Wie funktioniert eine Batterie: Innerer Aufbau

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Elementar für das Verständnis der Funktionsweise einer Batterie ist die Kenntnis der Eigenschaften von Metall und dabei besonders die Unterscheidung zwischen sogenannten edlen und unedlen Metallen. Metalle haben die Eigenschaft, kleine elektrische Teilchen abgeben zu können. Diese sind negativ geladen und werden Elektronen genannt.

Einige Metalle, die unedlen, wie beispielsweise Zink, geben viele Elektronen ab, andere, die edlen, wie Gold, Silber und Kupfer, nicht. An diese Eigenschaft knüpft der Aufbau einer Batterie an:

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  1. Jede Batterie hat einen Pluspol und einen Minuspol, die aus Metall bestehen.
  2. Metall setzt sich aus Elektronen zusammen, das sind negative Bestandteile von Atomen und Ionen.
  3. Das Verhalten von Elektronen kann beispielsweise mittels spezieller Säuren beeinflusst werden, im Falle der Batterie werden die Metalle in Elektrolyt-Flüssigkeit getaucht.
  4. Man kann sich also zwei Gefäße vorstellen, eines mit negativ geladenen Elektronen eines unedlen Metalls, z.B. Zink, der Minuspol und eines, das diese Elektronen aufnimmt, der Pluspol, mit beispielsweise Kupfer.
  5. Mithilfe eines Drahts können beide Behälter verbunden werden und dadurch setzen sich die Elektronen in Bewegung.
  6. Es entsteht ein Elektronenfluss vom Minuspol, der Anode, zum Pluspol, der Kathode.

Zusammengefasst: Vom Minuspol, der Anode, werden negative Elektronen bereitgestellt, die vom Pluspol der Batterie, der Kathode, übernommen werden.  Auf diesem Weg entsteht Strom, der von angeschlossenen Geräten verwendet werden kann. Je mehr Elektroden von Anode zu Kathode fließen, umso höher ist die Stromleistung.

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Wie funktioniert eine Batterie: Das Prinzip der galvanischen Zellen

  • Genaugenommen ist eine Batterie die Zusammenschaltung mehrerer galvanischer Zellen. Die Batterie ist ein elektrochemischer Stromspeicher, bei dessen Entladung durch die sogenannte Redoxreaktion chemische Energie in elektrische Energie gewandelt wird.
  • Es lassen sich nicht wiederaufladbare Primärbatterien von wiederaufladbaren Sekundärbatterien (Akku) unterscheiden. Bei letzteren ist die Entladereaktion weitestgehend umkehrbar, sodass der oben beschriebene Prozess mehrfach ablaufen kann.

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  • Die Funktion der galvanischen Zellen beruht auf einer Redoxreaktion, bei der Reduktion und Oxidation räumlich getrennt voneinander in je einer Halbzelle ablaufen. Durch die Verbindung beider Zellen mit einem Ionen- und einem Elektronenleiter wird der Stromkreis geschlossen. Die entstehende Spannung hängt von der Art des Metalls und dessen Konzentration ab.
  • Der Name der Zellen ist auf den italienischen Arzt Luigi Galvani zurückzuführen, der mit Instrumenten aus verschiedenen Metallen Muskelzuckungen an Froschschenkeln herbeiführte.

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Bildquelle: Selection of Batteries, Simple galvanic cell via Shutterstock.com

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