71 15 Vom Wasserfluss zum Stromfluss Volta kombinierte verschiedene Leiter und erstellte eine Spannungsreihe (T 15.7). Weil es noch keine Voltmeter gab, „kostete“ er die Höhe der Spannung mit seiner Zunge. Das kannst du selbst bei Flach- und Blockbatterie ausprobieren ( A18 ): je größer die Spannung, desto stärker das Prickeln. Aber Achtung: Eine volle Blockbatterie prickelt ganz ordentlich! Um 1800 stellte Volta seine bedeutendste Erfindung vor: die Voltasäule, die Mutter aller Batterien (B 15.35)! Sie besteht aus abwechselnd gestapelten Kupfer- und Zinkscheiben mit einem elektrolytgetränkten Lederscheibchen dazwischen. Ein einzelnes ZinkKupfer-Element erzeugt etwa 1,3 V (T 15.7). Durch die Serienschaltung addieren sich diese Spannungen aber, und so kam Volta bei seiner Originalbatterie auf etwa 25 V. Auch heute schaltet man Batterien in Serie, um die Spannung zu erhöhen ( A19 und A20 ). Um die Funktionsweise einer Batterie zu verstehen, musst du zwei Dinge wissen: 1) Elektronen bewegen sich in Metallen, ähnlich wie die Moleküle in einem Gas. Die übrigbleibenden Atomrümpfe sind daher positiv geladen. 2) Je unedler ein Metall, desto stärker lösen sich seine Atomrümpfe in einem Elektrolyten auf. Weil die Elektronen im Metall bleiben, bilden die unedlen Metalle in Batterien also immer den negativen Pol. Tauchst du zum Beispiel Zink und Kupfer in einen Elektrolyten (B 15.36), lösen sich aus beiden Metallen Atomrümpfe. Bei Zink sind es aber mehr. Dieses ist nachher stärker negativ geladen als Kupfer und bildet daher den Minuspol. Der Elektrolyt ist notwendig, damit der Stromkreis geschlossen ist. In ihm bewegen sich positive Ladungen. Alle Batterien funktionieren so oder so ähnlich. Allerdings verwendet man nicht B 15.35 Diese Voltasäule von 1800 ist etwa 0,5 m hoch – nichts für die Hosentasche! B 15.36 Eine ZinkKupfer-Batterie: Aus Zink lösen sich mehr positiv geladene Atomrümpfe. Deshalb bildet Zink den negativen Pol. immer zwei Metalle, sondern manchmal auch Kohle (in der Alkali-Batterie) oder Bleioxid (bei herkömmlichen Akkus im Auto) für den zweiten Pol. Akkumulatoren oder kurz Akkus funktionieren ähnlich wie Batterien. Allerdings ist die elektrochemische Reaktion umkehrbar, und deshalb kann man Akkus immer wieder aufladen. Die herkömmlichen Autoakkus (B 15.36) arbeiten mit Blei und Bleioxid. Für Elektroautos und Handys spielt aber das Metall Lithium eine große Rolle. Warum ist Lithium so wichtig? Dieses steht in der Spannungsreihe ganz unten (T 15.7). In Verbindung mit zum Beispiel Kohle lassen sich Spannungen bis 3,8 V erzeugen. Dieser große „elektrische Höhenunterschied“ bedeutet wiederum, dass man bei gleicher Akkugröße mehr Energie speichern kann (B 15.10, S. 64). Man spricht von einer hohen Energiedichte. Lithium-Ionen-Akkus werden daher in Handys, Laptops und Elektroautos verwendet, aber auch, um die Marsrover zu betreiben (B 15.38). B 15.38 Lithium-Ionen-Akkus verwendet auch die NASA, um ihre Marsrover zu betreiben. Außerdem haben diese Fahrzeuge Solarzellen. 12 V CARPOWER B 15.37 Ein Auto-Akku besteht aus 6 in Serie geschalteten Elementen und hat 12 V. Kurz zusammengefasst In Batterien und Akkus verwendet man zwei verschiedene Leiter und einen Elektrolyten. Der springende Punkt ist, dass sich unedlere Stoffe leichter in dem Elektrolyten lösen, wodurch eine Spannung entsteht. Lithium wird in Akkus verwendet, um die Energiedichte zu erhöhen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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