Mobile Energiespeicher einfach erklärt: Aufbau & Funktion

Stell dir vor, du müsstest einen schweren Rucksack voller Metallplatten und Salzwasser mit dir herumtragen, nur um dein Smartphone für ein paar Minuten einzuschalten. Zum Glück hat sich die Technik für mobile Energiespeicher weiterentwickelt!

Heute nutzen wir winzige, leichte Batterien, die unsere Handys, Laptops und sogar ganze Autos antreiben. In dieser Lektion reisen wir zurück in das Jahr 1800 zur allerersten Batterie der Welt und schauen uns danach an, warum moderne Energiespeicher heute so unglaublich klein und stark sein können.

Vorwissen

• Elektrische Leitfähigkeit: Metalle können elektrischen Strom leiten, weil sich Elektronen in ihnen frei bewegen können.

  Beispiel: Ein Kupferkabel leitet den Strom von der Steckdose zum Fernseher.

• Primärbatterien vs. Sekundärakkumulatoren:

  • Primärbatterien sind Einwegbatterien. Wenn sie leer sind, müssen sie entsorgt werden.

  • Sekundärakkumulatoren (kurz: Akkus) sind wiederaufladbar.

  Beispiel: Die Batterie in einer Fernbedienung ist oft eine Primärbatterie, während der Energiespeicher in deinem Handy ein Akku ist.

Aufgabentyp 1: Mobile Energiespeicher – Die Voltasche Säule

Im Jahr 1800 erfand der Wissenschaftler Alessandro Volta einen frühen Vorläufer unserer heutigen Batterien: die Voltasche Säule. Er entdeckte, dass man Strom erzeugen kann, wenn man zwei verschiedene Metalle mit einer speziellen Flüssigkeit kombiniert.

Der Aufbau ist eigentlich ganz einfach und besteht aus vielen übereinandergestapelten Schichten. Ein einzelnes sogenanntes "Volta-Element" besteht aus drei Teilen:

1. Einem Kupferblech.

2. Einem Stück Pappe oder Leder, das mit einem Elektrolyten (zum Beispiel Salzwasser) getränkt ist.

3. Einem Zinkblech.

Um mehr Strom zu erzeugen, stapelte Volta einfach viele dieser Elemente übereinander: Kupfer, Pappe, Zink, Kupfer, Pappe, Zink und so weiter. Durch diesen Turm (die Säule) entstand eine chemische Reaktion, die elektrische Energie lieferte.

Schritt-für-Schritt-Anleitung: Bau einer eigenen Münz-Batterie

Zweck: Den Aufbau einer Voltaschen Säule mit Alltagsgegenständen nachbauen und die Stromerzeugung messen.

Materialien: 5 saubere 5-Cent-Münzen (Kupfer), 5 Zink-Unterlegscheiben (aus dem Baumarkt), 5 kleine Stücke Pappe (in der Größe der Münzen), ein Glas starkes Salzwasser, ein Spannungsmessgerät (Multimeter).

Verfahren:

1. Tauche die Pappstücke in das Salzwasser, bis sie gut vollgesogen sind.
2. Lege eine 5-Cent-Münze flach auf den Tisch.
3. Lege ein nasses Pappstück genau auf die Münze.
4. Lege eine Zink-Unterlegscheibe auf die Pappe.
5. Wiederhole diesen Vorgang (Münze, Pappe, Zink), bis alle Teile zu einem kleinen Turm gestapelt sind.
6. Halte das rote Kabel des Messgeräts an die unterste Münze und das schwarze Kabel an die oberste Zinkscheibe.

Beobachtung: Das Messgerät zeigt sofort eine elektrische Spannung an (meistens zwischen 2 und 4 Volt, je nach Höhe des Turms).

Erklärung: Genau wie bei der originalen Voltaschen Säule reagieren die beiden unterschiedlichen Metalle (Kupfer und Zink) über das Salzwasser miteinander. Diese chemische Reaktion setzt elektrische Energie frei.

Aufgabentyp 2: Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Die Voltasche Säule war eine großartige Erfindung, aber sie war schwer, unhandlich und nicht wiederaufladbar. Für unsere heutigen mobilen Endgeräte brauchen wir eine völlig andere Art von Energiespeicher.

Hier kommen die Lithium-Ionen-Akkumulatoren (kurz: Li-Ionen-Akkus) ins Spiel. Sie sind heute die absolute Standard-Energiequelle für fast alles, was wir unterwegs nutzen.

Warum genau verwendet man Lithium-Ionen-Akkus für Smartphones, Tablets, Pedelecs (E-Bikes) und Elektroautos? Dafür gibt es zwei Hauptgründe:

• Geringes Gewicht: Das Element Lithium ist das leichteste Metall der Welt. Dadurch wiegen die Akkus sehr wenig, was besonders bei Handys oder Autos extrem wichtig ist.

• Hohe Energieabgabe: Trotz ihres geringen Gewichts können diese Akkus eine riesige Menge an elektrischer Energie speichern und schnell wieder abgeben.

Zusammenfassend werden sie also immer genau dann eingesetzt, wenn man viel Energie bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht benötigt. Zudem sind sie Sekundärakkumulatoren, was bedeutet, dass man sie hunderte Male wieder aufladen kann, ohne sie wegwerfen zu müssen.

Wichtige Erkenntnisse

• Die Voltasche Säule (erfunden 1800) ist eine frühe Batterie.
• Sie besteht aus abwechselnd gestapelten Kupfer- und Zinkblechen, getrennt durch Pappe oder Leder, die mit einem Elektrolyt getränkt sind.
• Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind wiederaufladbare Standard-Energiespeicher für moderne Geräte (Smartphones, E-Bikes, E-Autos).
• Ihr größter Vorteil ist die Kombination aus hoher Energieabgabe und sehr geringem Gewicht.