Ausgabe
12
2011




Was haben Froschschenkel und die moderne Automobilindustrie gemein?

Dr. Werner Gruber ist Experimentalphysiker an der Universität Wien. Durch Bücher und Bühnenauftritte ist er als "Physiklehrer der Nation" bekannt.

Nun könnte man meinen, dass in Frankreich die Bosse der Automobilindustrie bei jedem Arbeitsessen Froschschenkel verspeisen, aber der Sachverhalt ist diffiziler. Einerseits sind Froschschenkel nicht mehr ganz so angesagt und andererseits geht es um Batterien.

Luigi Galvani wollte den Funken des Lebens erforschen und so experimentierte er mit toten Fröschen. Durch Zufall beobachtete er, dass die Froschschenkel zu zucken begannen, wenn er sie gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Metallen berührte.

Tatsächlich fand Galvani den Funken des Lebens. Ohne diese elektrische Erregung könnte kein Mensch leben, denn sowohl der Herzschlag wird über diesen "Funken" gesteuert als auch alle unsere Gedanken.

Die Automobilindustrie möchte nun von Benzinmotoren auf Elektromotoren umstellen. Dazu benötigt sie viel elektrische Energie, die aber nicht von Froschschenkeln kommen soll, sondern von Akkumulatoren. Besonders beliebt sind im Moment Lithium-Akkus. Sie haben einerseits eine hohe Energiedichte und andererseits zeigen sieauch keinen Memory-Effekt, also sie können zu jeder Zeit geladen und entladen werden, ohne dass es schädliche Folgen gibt. Wie aber funktionieren solche Lithium-Akkumulatoren?

Im Prinzip geht es um ein Ungleichgewicht von Ladungen. An einem Pol der Batterie gibt es viele Elektronen, der Minuspol, am anderen Pol gibt es wenige Elektronen, der Pluspol. Befinden sich an den Polen gleich viel Elektronen, dann ist die Batterie entladen. Je mehr Elektronen von einem Pol zum anderen Pol wandern, umso stärker ist der Strom, umso stärker die Elektronen zum anderen Pol wandern möchten, umso stärker ist die Spannung.

Vom Atom zum Ion

Bei einem Lithium-Akku besteht der Minuspol aus Graphit und der Pluspol aus Kobalt und Sauerstoff. Damit wird sich der geneigte Leser die Frage stellen, wo ist nun das Lithium? Also, das Lithium ist im Graphit gespeichert. Der Graphit hat diese Atome aufgesogen wie ein Schwamm. Lithium ist ein sehr kleines Atom, es kann im richtigen Milieu sogar durch Metall wandern. Kommt nun ein elektrischer Verbraucher, so gibt das Lithium Elektronen am Minuspol ab, damit befinden sich dort viele Elektronen. Gleichzeitig werden aus den Lithium-Atomen nun Lithium-Ionen. Das heißt, den einzelnen Atomen fehlt ein Elektron. Dieses Lithium-Ion wandert nun zu dem Bereich, in dem sich der Kobalt und der Sauerstoff befinden.

Aufladen braucht Zeit

Befinden sich nun alle Lithium-Ionen im Kobalt-Sauerstoffbereich, also dem Pluspol, dann ist der Akku entladen. Das Tolle ist nun, dass man die Lithium-Ionen wieder zurücktreiben kann. Dazu ist es nur notwendig, Strom durch den Akku zu schicken. Die Elektronen am Pluspol drängen die Lithium-Ionen wieder in den Kohlenstoff zurück, das braucht allerdings auch etwas an Zeit.

Auch andere Metalle

Nun kann man anstelle von Graphit oder Kobalt auch andere Metalle oder chemische Verbindungen verwenden. Das führt dazu, dass es die unterschiedlichsten Typen von Lithium-Akkus gibt, die auch unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.

Warum man allerdings diese Akkus nicht mit Wasser löschen darf, erfahren Sie im Februar in "FLOTTE&Wirtschaft".











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