Von Kupfer zum Lithium – wichtige Erfinder

Alessandro Volta: Bei der Voltaschen Säule bestand die Zelle aus drei Leitern: je einer Platte aus Kupfer und Zink und dazwischen aus einem in Salzwasser eingeweichten und damit leitenden Stück Karton oder ähnlichem. Diese Konstruktion erzeugte einen kontinuierlichen Strom aus Ladungen, d. h. eine Spannung, die Bezeichnung 1 Volt erhielt. Durch Reihenschaltung mehrerer Zellen konnte die gewünschte Spannung eingestellt werden.

Michael Faraday: In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts trug der Engländer Michael Faraday zur Weiterentwicklung der Batterien bei. Im Rahmen der Elektrolyse prägte er die Begriffe Anode, Kathode, Elektrode, Separator und Elektrolyt. Darüber hinaus konstruierte er einen Vorgänger des Elektromotors. Der Begriff „Farad“ als Maß für die elektrische Kapazität wurde nach Michael Faraday benannt.

John Daniell: Der britische Chemiker John Daniell verbesserte die elektrische Zelle durch die Anwendung von Kupfer und Zink in einer schwefelsäurehaltigen Lösung. Diese Zelle konnte eine konstante Spannung auf eine viel effizientere Weise als die Lösung von Volta erzeugen.

Gaston Planté: Zwar konnte mit diesen Lösungen Strom erzeugt werden, aber die Möglichkeit, Batterien wieder aufzuladen bestand zunächst nicht. Erst dem Franzosen Gaston Planté gelang es mit der Blei-Säure-Batterie in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts eine wiederaufladbare Batterie, d .h. einen Akkumulator, herzustellen. Diese Technik wird bis heute in Autobatterien angewendet.

Grundsätzlich wird bei einer Batterie chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Das Prinzip einer wiederaufladbaren Batterie besteht nun darin, dass beim Laden der Batterie elektrische Energie wieder in chemische Energie umgewandelt wird.

Carl Gassner: Die erste trockene Batteriezelle auf der Basis von Zink und Kohle erfand der Franzose Carl Gassner. Der Begriff Trockenbatterie bezieht sich darauf, dass der Elektrolyt mithilfe eines Verdickungsmittel lagefixiert wird, sodass die Batterie unabhängig von ihrer Lage funktioniert.

Georges Leclanché: Die von dem Franzosen Georges Leclanché erfundene Manganbatterie mit Zink- und Mangandioxid konnte bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

Waldemar Jungner: Um die Jahrhundertwende vom 19. zum 20. Jahrhundert erfand der Schwede Waldemar Jungner die erste Alkali-Batterie, die zunächst aus Nickel und Eisen bestand und wiederaufladbar war. Später wurde das Eisen durch Cadmium ersetzt, wodurch sich die Kapazität verdoppelte.

Bis auf wenige Ausnahmen sind gemäß einer EU-Richtlinie von 2006 NiCd-Akkus aufgrund der besonderen Umweltschädlichkeit von Cadmium als Endverbraucherprodukt verboten.

Ein Metall, das über die Jahre das Interesse vieler Wissenschaftler geweckt hat, ist Lithium. Bereits um 1910 begann man, mit diesem Metall zu experimentieren. Es dauerte jedoch bis in die 1970er Jahre, bis die ersten Lithiumbatterien auf den Markt kamen. Diese waren nicht wiederaufladbar.

Akira Yoshino: Im 1985 konstruierte ein Team um den Japaner Akira Yoshino den ersten Prototyp eines Lithium-Ionen-Akkus. Die Arbeit basierte auf der Forschung des amerikanischen Chemikers John Goodenough und des französischen Wissenschaftlers Rachid Yazami. Die Entwicklung der Lithium-Ionen-Akkus kam schnell voran – 1991 brachte Sony sie auf den Markt.

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus drei Hauptkomponenten: der Anode (aus Kohlenstoff, üblicherweise Graphit), der Kathode (einem Metalloxid, z. B. Lithium-Cobaltoxid) und dem Elektrolyt (Lithiumsalz in einer organischen Lösung). Lithium-Ionen-Akkus sind stabiler als konventionelle Lithiumbatterien und haben den großen Vorteil, wiederaufladbar zu sein.

Lithium-Ionen-Akkus kommen in kleinen wie in großen Anwendungen zum Einsatz – von Kameras, Uhren, Mobiltelefonen usw. bis hin zu Gabelstaplern und Kraftfahrzeugen (zum Beispiel im Elektroauto Tesla Roadster). In Form von Akkupacks, bestehend aus kleinen, leistungsstarken, langlebigen und umweltverträglichen Akkuzellen, können attraktive, für die jeweilige Anwendung maßgeschneiderte Energielösungen in den verschiedensten Größen zur Verfügung gestellt werden, sogar als Energiequelle für große Anwendungen.

In den meisten aktuellen Notebooks, Mobiltelefonen und anderen kleinen elektronischen Geräten kommt heute eine Version des Lithium-Ionen-Akkus, der Lithium-Polymer-Akku (kurz LiPo), zum Einsatz. Dieser kam 1997 auf den Markt. Beim Lithium-Polymer-Akku dient ein Polymer sowohl als Separator als auch als Träger des Elektrolyts. Die einzelnen Akkukomponenten werden miteinander laminiert und bilden einen flexiblen und formbaren Akku. Was beim normalen Lithium-Ionen-Akku an Flexibilität gewonnen wird, geht jedoch hinsichtlich der Kapazität wieder verloren.

Durch langjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist es heute möglich, die alten, schweren und umweltgefährdenden Bleibatterien durch Batteriezellen zu ersetzen, die auf Lithiumionentechnologie basieren. Lithium-Ionen-Zellen von Alelion können einfach und umweltfreundlich in großer Zahl zu Akkupacks zusammengesetzt werden, die genug Strom liefern, um Kraftfahrzeuge wie Gabelstapler und Autos anzutreiben.