Technisches rund um Batterien und Akkus

Wie sind Batterien aufgebaut?

Bestimmt hast du schon mal das Plus und das Minus gesehen, die an den Enden einer Batterie aufgedruckt sind. Das Plus steht für einen Pluspol und das Minus für einen Minuspol in der Batterie. Der Minuspol besteht aus reinem Metall und der Pluspol aus Metalloxid. Das ist Metall, welches mit Sauerstoff verbunden ist. Beide Pole bestehen aus Elektronen, also winzig kleinen elektronisch geladenen Teilchen. Zwischen den beiden Polen, in der Mitte der Batterie, befindet sich eine Säure, das Elektrolyt. Die beiden Pole sind außerdem durch einen Separator, ein stromundurchlässiges Material, getrennt. Das kann zum Beispiel Kunststoff sein. In der Batterie befinden sich also die beiden Pole, das Elektrolyt und der Separator.

Wie genau funktionieren Batterien?

Wenn eine Batterie genutzt wird, dann findet in ihr ein chemischer Prozess statt, die so genannte Elektrolyse. Hierbei geraten die Elektronen der Pole in Bewegung und fließen vom Plus- zum Minuspol. Eine Batterie wandelt also chemische in elektrische Energie um und produziert auf diese Art Strom. Wenn alle Elektronen vom Plus- zum Minuspol gewandert sind, dann ist die Batterie leer und kann nicht mehr verwendet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Batterien und Akkus?

Den größten Unterschied zwischen Batterien und Akkus kennst du bestimmt: Akkus sind im Gegensatz zu Batterien aufladbar und wiederverwendbar. Ein Akku funktioniert fast genau gleich wie eine Batterie und ist sehr ähnlich aufgebaut. Beim Akku jedoch erzeugt das Aufladen eine Spannung, die einen erneuten Elektronenüberschuss am Pluspol anregt. So gibt es dann wieder neue Elektronen, die vom Plus- zum Minuspol wandern können

Was haben Autos mit Akkus und Batterien zu tun?

Plug-in-Hybride

Im letzten Beitrag haben wir ja ausführlich vorgestellt, was ein Plug-in-Hybrid ist. Zusammengefasst kann man sagen: Bei Plug-in-Hybriden handelt es sich um Autos, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen elektrischen Motor haben. Das Besondere an Plug-in-Hybriden ist, dass sie zusätzlich einen Akku besitzen, also mit Strom aufgeladen werden können. Das geht entweder an einer Ladesäule oder auch an einer geeigneten Steckdose zuhause.
Akkus und Batterien kommen also nicht nur in Laptops und Fernbedienungen vor, sondern auch zum Beispiel in Autos.

Mann betankt einen Mercedes-Benz-S-Klasse Plugin-Hybrid an einer Ladestation – Genius erklärt Fragen und Antworten rund um die Batterie
So sieht das aus, wenn man einen Plug-in-Hybrid an einer Ladesäule auflädt // Foto: Daimler AG

Batterien und Akkus im Alltag

Meine Akkus gehen immer schnell kaputt – was kann ich dagegen tun?

Es gibt einige Tipps, die dafür sorgen, dass deine Akkus weniger schnell kaputtgehen. Zum Beispiel ist es empfehlenswert, den Akku deines Geräts immer zwischen 20-80 % zu halten, dein Gerät also weder komplett zu laden noch komplett zu entladen. Außerdem solltest du darauf achten, dein Gerät nach der Ladung auszustecken. Bleibt ein Gerät weiter an der Steckdose angesteckt, auch wenn es bereits voll geladen ist, kann das dem Akku schaden. Wenn du also zum Beispiel dein Handy gerne über Nacht laden lässt, solltest du dir lieber eine Alternative überlegen.

Mit den richtigen Tipps erfreut sich dein Akku einer langen Lebensdauer // Foto: Adobe Stock Jo Panuwat D

Wie entsorge ich Akkus und Batterien richtig?

Aber egal, wie gut du auf deine Akkus und Batterien auch Acht gibst, irgendwann kommt immer der Punkt, an dem sie kaputtgehen. Und was dann?
Auf keinen Fall darfst du deine defekten Akkus und Batterien im normalen Hausmüll entsorgen. Das ist in Deutschland verboten, weil die Chemikalien gefährlich sind.
Stattdessen kannst du Akkus oder Batterien oft bei Supermärkten oder anderen größeren Läden zurückgeben. Dort stehen im Kassenbereich so genannte Auffangboxen, in die du deine Akkus und Batterien werfen kannst. Dann werden sie fachgerecht entsorgt.
Achte außerdem darauf, defekte Akkus und Batterien möglichst nicht mit bloßen Händen anzufassen, falls giftige Chemikalien austreten.

Werden Batterien und Akkus recycelt?

Batterien und Akkus können tatsächlich recycelt werden! Das spart Produktionskosten und ist außerdem sehr umweltfreundlich. Aus defekten Batterien können nach ihrer Entsorgung wertvolle Elemente wie Blei, Kadmium oder Zink gewonnen werden.
Ältere und ausgemusterte Akkus, die noch funktionieren, aber weniger leistungsstark sind als neue Akkus, können sogar noch ein zweites Leben führen. Das ist das so genannte Second Life Konzept. Hierbei werden diese Akkus in stationären Anlagen gesammelt, wo sie dazu genutzt werden, elektrische Energie zu speichern.

Second Life: Batterien und Akkus können recycelt werden! // Foto: Adobe Stock Chepko Danil

Warum darf man normale Batterien nicht im Akkuladegerät laden?

Bei Batterien kann die chemische Reaktion nicht umkehrbar gemacht werden, die zur Elektrolyse und Entstehung von Strom führt. Bei Akkus hingegen wird diese Reaktion durch das Anlegen elektrischen Stroms, also das Einstecken in die Steckdose, umkehrbar gemacht und kann wiederholt werden. Das ist möglich, weil Akkus minimal andere Chemikalien beinhalten als Batterien. Versuchst du dennoch, Batterien aufzuladen, können diese kaputtgehen. Dann platzen sie auf und giftige Chemikalien treten aus.

Wo in unserem Alltag brauchen wir Akkus und Batterien?

Weißt du, wo überall Akkus und Batterien vorkommen? Nicht nur in deinem Handy oder deinem Laptop, sondern zum Beispiel auch in etlichen Küchengeräten, wie beispielsweise einem Handmixgerät. Andere Haushaltsgeräte wie Saugroboter funktionieren ebenfalls nur durch Akkus.
Doch nicht nur im Haushalt findest du Akkus und Batterien. Selbst riesige Maschinen wie Flugzeuge und Schiffe haben oftmals eingebaute Akkus, die dem Motor die nötige Startenergie liefern können.

Du siehst also, Akkus und Batterien sind ganz schön vielfältig!

Beitragsfoto: Adobe Stock // Kenishirotie

Batterien und Akkus gibt es ganz viele verschiedene und alle sind sie dafür da, Geräte mit elektrischem Strom zu versorgen und funktionsfähig zu machen. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen Batterien und Akkus? Ganz einfach: Die Batterie ist im Gegensatz zum Akku nicht aufladbar. Das kennst du zum Beispiel von deinem Wecker oder deinem Taschenrechner. Wenn die Batterie einmal leer ist, musst du sie entsorgen. Einen Handyakku oder den Akku einer Digitalkamera kann man dagegen immer wieder aufladen. Er ist praktisch eine wiederaufladbare Batterie. Doch auch die hält nicht ewig: Mit der Zeit muss man sie immer öfter aufladen, bis sie schließlich zu schwach für das Gerät wird. Auch der Akku muss dann entsorgt werden – oder?

Akku
Ein Akku ist eine wiederaufladbare Batterie.

Umweltfreundlich

Eines steht auf jeden Fall fest: Da du Akkus nicht sofort entsorgen musst, sondern immer wieder aufladen kannst, sind sie ein wenig umweltfreundlicher als Batterien. Sie produzieren schlichtweg nicht so viel Müll. Doch auch bei Akkus gibt es Vor- und Nachteile. Um diese zu erklären, machen wir einen kleinen Ausflug in die Chemie.

Es gibt Nickel-Kadmium-Akkus, Nickel-Metallhydrid-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus und Lithium-Ion-Polymer-Akkus. Das hört sich sehr kompliziert an, diese Typen lassen sich aber schnell in zwei verschiedene Gruppen einteilen. Die beiden Akku-Varianten mit Nickel entladen sich sehr schnell selbst. Das bedeutet, wenn du sie auflädst und einfach unbenutzt liegen lässt, ist beim nächsten Benutzen der Akku bereits zu einem Teil leer. Auch die Lithium-Ionen-Akkus entladen sich selbst, allerdings nicht so schnell. Ein Vorteil ist hier auch, dass die Akkus genauso groß sind wie die Nickel-Akkus und trotzdem mehr Energie speichern können. Außerdem haben sie eine längere Lebenszeit. Das sind ein paar der Gründe, warum Lithium-Ionen-Akkus häufig zum Einsatz kommen. Du findest solche Akkus zum Beispiel in Handys und Laptops, aber auch die Batterie in einem Elektrofahrzeug funktioniert wie ein Lithium-Ionen-Akku.

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Vor allem in tragbaren Geräten und Elektroautos findest du Lithium-Ionen-Akkus. — Bild: Daimler AG

Alterung durch Oxidation

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus vielen Zellen, die wiederum jeweils aus einer positiven und einer negativen Elektrode bestehen. Bei der Aufladung wandern die Ionen von der positiven zur negativen Elektrode und lagern sich dort ein. Bei der Entladung ist es andersherum. Mit der Zeit allerdings oxidieren die beiden Elektroden in einer Zelle. Das bedeutet, sie geben Elektronen ab. Die Folge davon ist, dass sie keine Lithium-Ionen mehr speichern können. Das Auf- und Entladen des Akkus funktioniert immer weniger.

Du fragst dich nun sicher: Warum oxidieren die Elektroden in den Zellen überhaupt? Das hängt vor allem von Temperatur und Ladezustand des Akkus ab. Wenn der Akku zum Beispiel in einer sehr warmen Umgebung aufbewahrt wird und zudem noch vollgeladen ist, altert er sehr schnell.

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Ein Stromspeicher aus alten Batterien von Elektroautos — Bild: Daimler AG

Das zweite Leben der Elektroauto-Batterie

Die Lithium-Ionen-Akkus in den Elektroautos der Daimler AG haben eine Lebensdauer von circa zehn Jahren. Dann muss man sie auswechseln, weil die Reichweite der Autos nicht mehr ausreicht. Sind Elektroautos also wirklich so umweltfreundlich, wenn ihre Akkus alle zehn Jahre entsorgt werden müssen?

Die Daimler AG möchte, dass der Lebenszyklus einer solchen Batterie dann noch nicht endet. Deshalb hat der Autobauer die Batterien von 1000 smart-Elektrofahrzeugen zu einem großen Stromspeicher zusammengeschlossen. Wie ein stationärer Energiespeicher soll er zum Beispiel Sonnen- oder Windenergie speichern und dann verfügbar machen, wenn man diese Energie braucht.

Die Akkus der Elektroautos werden damit nicht nur weitere zehn Jahre verwendet, die Energieanbieter könnten so auch ein weiteres großes Problem lösen. Momentan kommt unser Strom noch aus umweltschädlichen Kraftwerken. Deshalb ist das Ziel, langfristig auf erneuerbare Energien, also Energie aus Windrädern oder Energie durch Solarzellen, umzustellen. Auf diese Energie kann man sich aber nicht verlassen, denn die Sonne scheint nicht immer dort, wo Menschen Strom brauchen, und auch der Wind weht dort nicht immer. Es muss deshalb sogenannte Primärreserven geben. Das sind Energiespeicher, auf die sofort zurückgegriffen werden kann, wenn der Strom mal fehlt. Ein Stromspeicher aus ganz vielen alten Elektro-Akkus kann überschüssige Energie aus Sonne und Wind speichern und in solchen Fällen zum Einsatz kommen.

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So stellt sich die Daimler AG den Lebenszyklus der Batterien aus Elektroautos vor. — Bild: Daimler AG

Der Stromspeicher der Daimler AG soll noch dieses Jahr bei den deutschen Energieanbietern in Betrieb gehen und vollautomatisch funktionieren. Nach zehn Jahren eignen sich die Batterien auch dafür nicht mehr. Dann sollen sie recycelt und für den Bau neuer Batterien für Elektroautos verwendet werden.

Wir Menschen haben bereits früh angefangen, die vielen verschiedenen Rohstoffe der Erde zum Bauen und Herstellen von Produkten zu verwenden. Sand, Kies und Naturstein werden beispielsweise zum Bau von Straßen und Gebäuden verwendet. Mit Braunkohle, Mineralöl und Erdgas wird Energie, also Strom und Wärme produziert. Auf Wärme und Strom sind wir angewiesen – aber nicht nur darauf.  Für die Produktion verschiedenster Materialien müssen permanent neue Rohstoffe abgebaut werden. Viele Rohstoffe gibt es aus diesem Grund heute nur noch in kleinen Mengen.

Um schonender und nachhaltiger mit den wertvollen Rohstoffen umzugehen, werden verarbeitete Materialien heutzutage oft wiederverwendet, weiterverwendet, wiederverwertet oder weiterverwertet. Das nennt man Recycling. Kompliziert? Genius erklärt dir den Unterschied zwischen diesen vier Recyclingarten.

Recycling
Daimler baut Autos so, dass möglichst viele Materialen recycelt werden können

Wiederverwendung und Weiterverwendung

Von Wiederverwendung spricht man, wenn ein Stoff ein wiederholtes Mal für denselben Zweck verwendet wird. Zu dieser Art des Recyclings zählt zum Beispiel die Wiederverwendung von Mehrwegflaschen, aus denen du Saft oder Limonade trinkst. Von Weiterverwendung spricht man, wenn ein Stoff für einen anderen Zweck verwendet wird. Wenn du beispielsweise aus einer Konservendose einen Stiftehalter bastelst. Bei diesen beiden Arten des Recyclings bleibt das Material an sich gleich.

Wiederverwertung und Weiterverwertung

Bei der Wiederverwertung und der Weiterverwertung wird das ursprüngliche Material verändert. Bei der Herstellung eines Produkts gibt es immer Ausgangsstoffe, aus denen das Produkt besteht. Sie sind im fertigen Produkt aber oft nicht mehr erkennbar. Bei der Wiederverwertung werden diese Stoffe herausgefiltert, um dasselbe Produkt neu herzustellen. Dieses Verfahren wird bei Kunststoffen angewendet, um neue Kunststoffe herzustellen. Bei der Weiterverwertung werden alte Stoffe oder Produktionsabfälle zur Herstellung eines völlig neuen Produkts mit anderen Eigenschaften genutzt. So werden Papierabfälle zu Kartonagen für Pakete.

Autorücknahme bei Daimler

Recycling
Das passiert bei der Daimler Autorücknahme mit den ausgedienten Fahrzeugen

Auch die Daimler AG geht sparsam mit Rohstoffen um, indem sie schon einmal verwendete Stoffe wieder für den Autobau verwendet. Dafür müssen miteinander verbundenen Stoffe erst getrennt und wieder in einen Zustand versetzt werden, in dem sich mit ihnen arbeiten lässt. Dafür hat Daimler in Deutschland über 40 sogenannte Rücknahmestellen eingerichtet. Dort nimmt der Autobauer alte Fahrzeuge zurück. Heutzutage werden die Autos extra so gebaut, dass möglichst viel recycelt werden kann. Ein Mercedes-Benz besteht zu 75 Prozent aus Stahl. Das Material kann zu 100 Prozent recycelt werden.

Recycling eines Autos  

Nachdem das Auto an einer Rücknahmestelle abgegeben wurde, werden zuerst Betriebsstoffe wie Öle, Brems- und Kühlflüssigkeiten, Scheibenwasser und Kältemittel  zu einem Teil recycelt und zu einem anderen Teil entsorgt.  Anschließend werden in der Demontage Autoteile wie Batterie, Ölfilter und Katalysator ausgebaut und recycelt. Der Airbag muss entsorgt werden. Danach werden alle restlichen Teile ausgebaut und teilweise vor der Wiederverwendung aufgearbeitet. Wenn nur noch die Karosserie übrig ist, macht sich ein Shredderbetrieb an die Arbeit. Er zerlegt die Einzelteile und stellt sie dann größtenteils wieder zum Wiederverwerten bereit.

Was du tun kannst

Mit Upcycling wird aus einer Jeans eine neue Tasche / www.shutterstock.com, Marius GODOI

Du bist schon auf einem richtigen Weg, wenn du gemeinsam mit deinen Eltern darauf achtest, Mehrwegflaschen zu kaufen und Produkte mit viel Verpackung zu vermeiden. Kleiner Tipp: Verwende zum Basteln alte Dinge aus dem Haushalt. Mit Zeitungspapier, Joghurtbechern und Tetrapaks kann das richtig Spaß machen und es entstehen tolle neue Sachen. Das kreative Recycling von alten Dingen nennt man „Upcycling“. Im Netz findest du viele Ideen, wie beispielsweise Taschen aus alten Jeanshosen oder Magnete aus alten Computertasten. Viel Spaß beim Upcycling!

Titelbild: pixabay.com

Bilder: Daimler AG