Batteriezellen

Batteriezellen sind elektrochemische Zellen, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Eine Zelle besteht aus einer Anode, einer Kathode, einem Elektrolyten und meist einem Separator. Durch Redoxreaktionen fließen Elektronen über den äußeren Kreislauf, während Ionen im Elektrolyten zwischen den Elektroden wandern. Die Zelle besitzt eine nominelle Spannung, die von der verwendeten Chemie abhängt, sowie Kapazität und Energiedichte, gemessen in Ah bzw. Wh.

Es gibt Primärzellen, die nicht wiederaufladbar sind, und Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind. Typische chemische Systeme umfassen Zink-Mangan- oder alkalische Primärzellen; NiMH- und NiCd-Sekundärzellen; Blei-Säure-Zellen sowie Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Zellen als moderne Hochenergielösungen. Lithium-Ionen-Systeme bieten oft hohe Energiedichte und geringe Selbstentladung; LiFePO4-Zellen gelten als besonders sicher und thermisch stabil.

Zellen werden zu Modulen oder Batteriepacks zusammengefügt, die in Serie geschaltet werden, um die gewünschte Spannung zu erreichen, oder parallel, um mehr Kapazität zu liefern. Ein Batteriesystem umfasst in der Regel ein Batteriemanagementsystem (BMS), das Spannungen, Temperaturen und Ladezustände überwacht und Sicherheitsfunktionen aktiviert. Sicherheit, Temperaturmanagement und zuverlässiges Recycling spielen eine zentrale Rolle in der Nutzung von Batteriezellen.

Anwendungen reichen von Mobilgeräten, Laptops und Werkzeugen bis zu Elektrofahrzeugen und stationären Speichersystemen für erneuerbare Energien. Die Entwicklung strebt nach höheren Energiedichten, längerer Lebensdauer, besserer Sicherheit und geringeren Kosten.