Batterien und Akkus sind elektrochemische Energiewandler: Sie wandeln chemisch gespeicherte Energie in elektrische Energie um – bei Akkus funktioniert das auch umgekehrt. Der Aufbau ist unabhängig vom Batterie- oder Akkutyp immer gleich: In einem geschlossenen Behälter befindet sich eine elektrisch leitende, meist flüssige Substanz – der Elektrolyt. Darin sind zwei Elektroden aus unterschiedlich leitfähigen Metallen eingetaucht. Sie erzeugen durch ihre verschiedenen elektronischen Eigenschaften eine elektrische Spannung, deren Stärke durch die „ Voltasche Spannungsreihe” bestimmt ist: Je weiter zwei Metalle in dieser Reihe auseinander liegen, umso größer ist die Spannung zwischen ihnen.
In dem Elektrolyten trennt eine poröse Wand die beiden Metallelektroden, um einen Kurzschluss durch Berührung der verschiedenen Metalle zu verhindern. An einer der Elektroden, der Anode, herrscht ein Überfluss an Elektronen und an der anderen Elektrode, der Kathode, ein Elektronenmangel. Die Differenz in der Zahl der Elektronen definiert die elektrische Spannung. Verbindet man die beiden Elektroden miteinander, zum Beispiel durch die Verbindungsleitungen in einem elektrischen Gerät, fließt ein Strom. Die Menge an elektrischer Energie, die eine Batterie oder ein Akku je Sekunde als Strom abgeben kann, heißt Kapazität. Die etwa auf die Masse bezogene gespeicherte Energiemenge – angegeben in Wattstunden pro Kilogramm – nennen Experten Energiedichte. Sie ist ein Maß dafür, wie lange eine Batterie und ein Akku bei einer bestimmten Leistung Saft liefern können, bevor sie leer sind.
Für einen ständigen Elektronenfluss muss der Stromkreislauf im Elektrolyten geschlossen sein. Dafür sorgen Oxidation und Reduktion an den beiden Metallelektroden. Durch diese elektrochemischen Prozesse entsteht ein Strom von Ionen, der im Elektrolyten zwischen den Elektroden fließt – die Elektroden entladen sich. Selbst wenn der Stromkreislauf unterbrochen ist, wandern Ladungen durch die Zelle und entladen diese. Man spricht dabei von Selbstentladung.
Um einen Akku aufzuladen, pumpt ein Ladegerät Elektronen in umgekehrter Richtung wie beim Entladen durch den äußeren Stromkreis und reaktiviert so die entladenen Elektroden. Der Lade- und Entladevorgang lässt sich je nach Akkutyp etwa 1000-mal wiederholen.
Ralf Butscher
