Neue Batterie Typen

OSZ Lise-Meitner-Schule © Sebastian Shepherd

Übersicht
Grundlagen

 Energiedichte
 Die ‚alte‘ Batterie

Neue BatterieTypen

○ Natrium Schwefel
○ Lithium- und Lithiumnitrat
○ Genetisch veränderte Viren
○ Zink - Kohle
○ Zink/Luft-Batterie
○ Natrium/Nickelchlorid
○ Körper Batterie
○ Urin Batterie
○ Super Caps (Kondensator)

Das ‚Strom-Tanken‘


Quellen


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Grundlagen
 Energiedichte
 Die „alte“ Batterie


Grundlagen
Die gespeicherte
chemische Energie wird
durch elektrochemische
Redoxreaktion in
elektrische Energie
umgewandelt.

Durch Verbinden der beiden Halbzellen mit einem
Elektronenleiter und einer Ionenbrücke wird der Stromkreis
geschlossen.


Grundlagen
Die Elektrodenmaterialien legen die

Nennspannung der Zelle fest.

Kapazität C in [Ah] entnehmbare Ladungsmenge

 hängt vom Entladestrom und der
Entladeschlussspannung ab

Im praktischen Gebrauch abhängig vom:

 Batterietyp
 der Höhe des Entladestroms
 der Restspannung bei Entladungsende
 des Batteriealters und der Temperatur


Grundlagen
 Energiedichte


Energiedichte
Die Energiedichte bezeichnet die Verteilung

von Energie E auf eine bestimmte Größe X

volumetrische gravimetrische
Energiedichte Energiedichte

Maß für die Energie Maß für die Energie
 
pro Raumvolumen pro Masse
 Einheit Joule/m³  Einheit Joule/kg


Energiedichte
Gewünscht ist eine hohe Energiedichte:

um Transportkosten für den Energieträger

gering zu halten

um hohe Betriebsdauern mobiler Geräte zu

ermöglichen

um hohe Reichweiten von Fahrzeugen zu

erzielen


Energiedichte
Stoff/System Bemerkung
in MJ/kg
Elektrolytkondensator 0,00005 = 50 J/kg
Doppelschicht-Kondensator 0,02000
Adenosintriphosphat (ATP) 0,06430 Energiespeicher in biologischen Zellen
Bleiak k umulator 0,11000
stärkste Sprengstoffe 7,00000
Zink-Luft-Batterie 1,20000
Wasserstoff (inkl. Hydridtank) 1,19000
mitteleuropäische Nutzhölzer 13,00000 - 20,00000
Braunkohle 28,47000
Steinkohle 30,00000
Pflanzenöl 37,00000
Kerosin 40,00000
Dieselkraftstoff 39,60000 - 43,20000
Benzin 43,00000
Atomarer Wasserstoff 216,00000 spontane Reaktion zu H2
Radioisotopengenerator 5000,00000 elektrisch (60.000 MJ/kg thermisch)
Kernspaltung U-235 90000000,00000
Kernfusion (Kernwaffe) 300000000,00000
Proton-Proton-Reaktion 627000000,00000 Wichtigste Fusionsreaktion in der Sonne
Umwandlung Masse in Energie 90000000000,00000

3,6 MJ = 1000Wh


Grundlagen
 Energiedichte


Die ‚alte‘ Batterie
Noch immer sind Bleiakkumulatoren
die verbreitetste Methode, elektrische
Energie zu speichern, obwohl ihre
Energiedichte so gering ist.

 Energiedichte = 110 KJ/kg


Neue Batterietypen
o Natrium-Schwefel

o Lithium- und Lithiumnitrat

o Zink-Kohle

o Zink-Luft

o Natrium-Nickelchlorid

o Genetisch veränderte Viren

o Körper Batterie

o Urin Batterie

o Super Caps (Kondensator)


Natrium-Schwefel
Übliche Batterien bzw. Akkumulatoren Alternative die Na/S-Batterie
 
 enthalten Schwermetalle  Viel leichter
 oftmals eine zu große Masse  Probeweise zum Antrieb in Autos
 reduziert ihre Energiedichte  Wieder aufladbar
 Entsorgung Probleme  Reversible Redoxreaktion
 Elektrolyte sind ätzend

Lässt man Reduktion und Oxidation durch ein Diaphragma getrennten

Reaktionsräumen ablaufen, so baut sich eine Spannung auf.
Diese beträgt ≈ 2,1 V. (Idealbedinung)


Natrium-Schwefel Probleme
Schwefel ist ein Isolator

 Durch Zusatz von Graphitpulver elektrisch leitend gemacht.

Reaktionsräume müssen getrennt bleiben aber über ein Leiter verbunden sein

 Durch eine keramische Membran aus Aluminiumoxid
 ionischen Aufbaus zugleich Elektrolyt und für Natrium-Ionen durchlässig

Keramikmembran nur bei höherer Temperatur Ionendurchlässig

 Akkumulator Temperatur ca. 290-350 °C

Natrium reagiert leicht mit Sauerstoff und Wasser:

 Die Batterie muss (vor allem, wenn sie erhitzt wird) luftdicht abgeschlossen
werden

Spannung und Stromstärke sind für den Betrieb eines Autos zu gering:

 Reihen-Parallelschaltung

Heute ist die Na/S-Batterie über das Versuchsstadium hinaus
Praktische Energiedichte beträgt 0,120 kWh/kg.

Sie gilt als das momentan aussichtsreichste System.



Vorführung einer NaS-
Batterie

Positive Elektrode: Schwefel
Elektrolyt: ß-Al2O3-Keramik
Negative Elektrode: Natrium
