Batterien sind in der heutigen Zeit ein vertrautes Merkmal. Sie werden verwendet, um Geräte wie Smartphones, Haushaltsgeräte, Spielzeug und sogar Elektroautos mit Strom zu versorgen. Sowohl Einwegbatterien als auch wiederaufladbare Batterien funktionieren auf der Grundlage einer chemischen Reaktion zwischen zwei Elektroden. Diese Reaktion versorgt angeschlossene Schaltkreise mit elektrischer Energie, wobei die Menge und die Geschwindigkeit der Versorgung von den genauen Chemikalien abhängen, die in der Batterie verwendet werden. Einwegbatterien verwenden eine irreversible chemische Reaktion, um Strom zu liefern, während wiederaufladbare Batterien eine Reaktion haben, die umgekehrt werden kann, wenn die Batterie mit Strom versorgt wird.
Lithium-Ionen-Batterien nutzen die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen der Anode und der Kathode, die typischerweise aus Kobalt oder anderen Schwermetallen bestehen, um Strom zu erzeugen. Das Material dieser Elektroden kann verändert werden, um die Batterie auf bestimmte Anwendungen zuzuschneiden, wie z. B. längere Lebensdauer, höherer Ausgangsstrom oder Hochtemperaturstabilität. Laptop-Batterien beispielsweise verwenden Lithium mit Kobalt für eine energiereiche Batterie, während medizinische Geräte Lithium mit Mangan verwenden, um eine sicherere, haltbarere Batterie zu schaffen. Insgesamt sind Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu anderen Batterietypen jedoch energiedichter, haben eine höhere Ausgangsspannung und sind im Vergleich zu anderen Batterietypen insgesamt einfacher zu verwenden und zu warten.
Allerdings haben Lithium-Ionen-Batterien auch ein paar Schattenseiten. Sie müssen vor Überladung und physischer Beschädigung geschützt werden, da die Batterie in beiden Fällen überhitzen und explodieren kann, was ein Sicherheitsrisiko für den Benutzer darstellt. Der Hauptnachteil liegt jedoch in den Materialien, die bei der Herstellung verwendet werden. Lithium, Kobalt und andere verwendete Materialien sind nur begrenzt verfügbar, was sie teurer macht als Batterien, die häufigere Materialien wie Nickel-Cadmium verwenden. Außerdem hat der Abbau schwere Auswirkungen auf die Umwelt, da die Schwermetalle in die Wasserwege gelangen und die Umgebung vergiften können.
Viele Alternativen zu diesen Batterien wurden vorgestellt, mit dem allgemeinen Ziel, eine gleichwertige Leistung zu liefern und dabei ungiftige, häufiger vorkommende oder anderweitig sicherer zu handhabende Materialien zu verwenden. Natrium-Ionen-Batterien zum Beispiel verwenden Natrium anstelle von Lithium, mit Elektroden aus Metallen wie Eisen und Mangan anstelle von Schwermetallen. Nickel-Metallhydrid-Batterien halten weniger Ladung, sind aber billiger in der Herstellung und weniger empfindlich als Lithium-Ionen-Batterien, was sie ideal für größere Anwendungen macht. Auf der experimentellen Seite sind Aluminium-Graphen- und Fluorid-Ionen-Batterien, die vielversprechend in Bezug auf die Leistung im Vergleich zu Lithium-Ionen sind, aber mehr Forschung muss durchgeführt werden.
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