Elektrochemische Energiespeicher und -wandler

Zusammenfassung

Den ersten Akkumulator baute Graf Alessandro Volta um 1770 in Italien. Die Elektroden bestanden aus Kupfer und Zink und befanden sich in einer Zelle mit verdünnter Schwefelsäure, die Zellenspannung betrug 1 V.

Heute werden Akkumulatoren in Fahrzeugen als elektrochemische Energiespeicher eingesetzt. Dabei hat sich der Bleiakkumulator durchgesetzt. Zukünftig sind auch andere Systeme zu erwarten. Neben dem Preis pro Wh spielt die Praxistauglichkeit eine große Rolle. Dazu gehört der Betriebstemperaturbereich von −40 bis +85 °C, die Vibrationsfestigkeit und eine möglichst hohe Zyklenzahl.

Die genannten Daten für die Energiedichten sind immer abhängig von der Bauart. Es gibt Akkumulatoren die auf hohe Lebensdauer ausgelegt sind, die sind dann gewichtiger als solche für niedrige Lebensdauer.

Auch Sicherheitsaspekte spielen eine Rolle. Zum Beispiel gibt es Li‐Ion‐Akkus mit Kobalt Elektroden, die über eine Energiedichte von 140 Wh/kg verfügen. Diese führen aber zu Problemen beim Überladen und es sind aufwändige Sicherheitsschaltungen erforderlich.

Die Funktionsweise des Bleiakkumulators soll die Skizze in Abb. 2.1 verdeutlichen.

Bei einem 12 V‐Akkumulator sind sechs Plattenpaare in Reihe geschaltet.

Beim Entladen wandern Sulfat(SO₄ ^{− −})‐Ionen zum Minuspol und bilden mit dem Blei Bleisulfat (PbSO₄) und zwei freie Elektronen.