Warum hat eine Batterie eine konstante Spannung?
wenn spannung die differenz der ladungen ist und stromstärke = spannung durch widerstand ist, warum wird der strom bei einer batterie nicht nach einer zeit schwächer.... klar eine ganz leere batterie kann noch kurz eine lampe zum funken bringen aber eigentlich ist der strom ja konstant und der widerstand ändert sich sicher auch nicht
Danke!
8 Antworten
Tatsächlich ist die Batteriespannung über die Entladezeit praktisch weitgehend konstant. Streng genommen ist die Spannung sogar völlig konstant.
Der kleine Spannungsabfall gegen Ende der Entladung kommt praktisch nur daher, dass der Innenwiderstand der weitgehend entladenen Batterie etwas größer ist. Dieser Spannungsabfall kann nur bei entsprechender Stromstärke auftreten. Mit einem sehr niederohmigen Spannungsmessgerät ist der deshalb kaum messbar. Zur ungefähren elektrischen Prüfung des Ladezustandes klassischer Autobatterien benutzt man deshalb Spannungsmessgeräte mit Überbrückungswiderständen, damit mit dem Stromfluss der Spannungsabfall schwacher Akkus überhaupt messbar wird.
Dein Denkfehler rührt von dem unseligen Geschwätz vom "Elektronenüberschuss und Elektronenmangel" bei allen Stromquellen. Da wird - didaktisch unverzeihlich - so getan, als würden zwei Reservoirs von Elektronen zwecks Mengenausgleich umgeladen wie bei einem Kondensator (statische Aufladung und Entladung). Kondensatoren taugen aber überhaupt nicht als anhaltende, konstante Spannungsquelle.
Tatsächlich werden auch bei Batterien wie praktisch bei allen Stromquellen die Elektronen nur beständig im Kreise herum gepumpt. Beim öffentlichen Kraftwerk "pumpt" der Elektrogenerator jahrelang die Elektronen durch die Leiter, ohne irgendein Reservoir zu erschöpfen oder zu überfüllen, wenn man vom jeweiligen Kraftwerks-Brennstoff absieht. Die Elektronen verschieben sich im Leiter wie die Perlen auf einer Perlenkette oder die Kettenglieder auf der Fahrradkette.
Bei Batterien/Akkus wird dieser Kreislauf der Elektronen durch chemische Prozesse aufrecht erhalten, wobei sich die jeweilige Zellspannung aus den Natureigenschaften der ausgewählten Werkstoffe (für Elektroden und Elektrolyte) ergibt. Und diese Spannung ändert sich nie. Der Entladungsprozess der Batterie endet mit der mengenmäßigen Erschöpfung der Materialien, die zur chemischen Umwandlung bereit stehen.
Hast Du zufällig vertiefte Kenntnisse zu modernen Akkus, besonders zu den aktuellen Entwicklungslinien von Antriebsakkus oder Verbindung zu solchen Spezialisten? Da könnten wir ggfs. in's Geschäft kommen.
Ich bin leider nur ein breiter Universalist und Dichter noch dazu. Ich meldete kürzlich ein Patent an, für dessen Realisierung konzeptionell ein Akku mit einer bislang exotisch anmutenden Anforderung antizipiert ist. Allein schon diese Anforderung kann ich bislang nicht in der Literatur auffinden, die hat noch nicht einmal einen griffigen Namen erheischt. Meine Theorie erscheint so originell wie zwingend und stößt in Fachkreisen auf keinen Widerspruch, karikiert allerdings die Merkel'sche Klimapolitik. Industrievertreter halten sich zunächst bedeckt, wie zu erwarten.
> aktuellen Entwicklungslinien von Antriebsakkus
Nein. Ich bin Chemiker, bei der Batterieentwicklung geht es nicht ums Prinzip, sondern um technische Feinheiten, und mit denen kenne ich mich nicht aus. Würde mich aber trotzdem interessieren, welche Anforderungen Dein Wunschakku erfüllen sollte.
Meine Anforderung an einen Teil der Fahrzeug-Akkus ist ein hohes Verhältnis von Energiedichte zu Leistungsdichte. Möglicherweise bin ich doch nicht ganz der erste mit diesen revolutionären technischen Überlegungen. Die führen zwingend zum Stopp des gegenwärtigen Ausbaus der Ladeinfrastruktur.
Gerade eben erhielt ich den Prüfungsbericht des Patentamtes München, der füllt einen Aktenordner. Die forschten volle 11 Monate nach. Soweit ich das bislang überschaue, werden mir mindestens zwei jüngere Patent-Anmeldungen (DE und USA) mit ähnlichem Gedankengut entgegengehalten. Da werde ich mich auf meine alten Tage wohl kaum mehr auf Wettbewerbe und teure Streitigkeiten einlassen. Wahrscheinlich werde ich das Projekt fallen lassen zugunsten konkurrierender Projekte. Ich kann mich ja vor technischen Ideen gar nicht mehr retten. Und ich lerne bei jedem Projekt dazu. In wenigen Wochen folgt die nächste Anmeldung.
> ein hohes Verhältnis von Energiedichte zu Leistungsdichte
Dein Ernst? Erhöhe den Innenwiderstand, und schon sinkt die Leistung bei nahezu gleicher Energie.
Oder war's umgekehrt gemeint, nicht unbedingt viel Energie, aber hohe Leistung? Als Puffer zum Abfangen von Leistungsspitzen?
Viel Erfolg bei der nächsten Innovation!
Dann drücke ich mich einmal etwas verständlicher aus: Eine hohe gravitatorische Energiedichte unter Inkaufnahme einer vergleichsweise kleinen Leistung. Es werden hier erhebliche Abstriche an die Leistung gemacht, soweit sich damit Masse einsparen lässt. Dabei denke ich z.B. an die Reduzierung der Grenzfläche von Elektrode und Elektrolyt, Reduzierung von internen Leiterquerschnitten und dergl. mehr. Da wird sich ja wohl einiges machen lassen, wenn man das will!! Aber das scheint bislang noch gar keiner zu wollen, dieses Merkmal kommt in den Beschreibungen neuerer Entwicklungslinien überhaupt nicht vor. Es sieht so aus, als sei ich einer der ganz wenigen Köpfe in der Welt, die sich diese Gedanken machen! Und so bleiben die Elektroautos, so wie sie sind, weiterhin Klimakiller!
Danke für den Hinweis. Ich zitiere aus der o.a. Quelle:
"Aktuell wird daran gearbeitet, die gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen, um aufgebaute Zellen zu skalieren und die für Elektromobilität notwendigen Kapazitäten und Stromdichten zu erreichen."
Eben diese ganze Mühe um höhere Stromdichten halte ich für unnötig, zumindest für einen erheblichen Teil des Batteriesatzes. Meiner Theorie zufolge lassen sich da neben den Entwicklungskosten auch Material- und Fertigungskosten einsparen, vor allem aber schwere Masse. Dieser leistungsschwache Teil der Batterien wird nämlich turnusmäßig manuell gewechselt, und da muss Gewicht reduziert werden. Im Fahrzeug wird die elektrische Ladung leistungsschwach über Stunden und Tage umgeladen (v.a. im Stand), teilweise über die Bremsenergie-Rekuperation, rüber auf die Leistungsakkus für rasante Fahrten. Zur Wiederaufladung kommen meine leistungsschwachen Akkus an die heimische Steckdose oder an die 16-A-Steckdose bei Tante Emma nebenan oder bei der Tankstelle. Dort werden sie leistungsschwach mit grasgrünem Strom aufgeladen, im günstigsten Falle zum negativen Tarif zur Aufnahme überschüssiger Wind- und Solarenergie. Bislang werden die E-Autos aus dem europäischen Strommix aufgeladen mit ca. 14% regenerativem Anteil.
Allein die Akkuaufladung mit billigem, intelligentem und grünem Strom, der Wegfall der Wartezeiten an den Ladesäulen samt Verschrottung dieser Ungetüme und der Stopp des einschlägigen Netzausbaus mit seinen Hochleistungs-Knotenpunkten sind schon hinreichende Argumente für meine Ideen. Bei meiner besagten Patentschrift ließ ich mir aber noch mehr wirtschaftlich bedeutsame Accessoires einfallen.
Quelle: http://www.evergreencpusa.com/sites/default/files/AM3-LR6_0.pdf
Verschiedene Akku- bzw. Batterietypen haben etwas unterschiedliche Entladecharakteristiken, aber es geht letzlich immer von links oben nach rechts unten.
eine batterie ist eine chemische fabrik die verschiedene stoffe beinhaltet. entnimmt man einen strom werden elektronen von dem einen stoff in den anderen geschickt. das heisst aus einem metall wird zb ein salz. je mehr sich umwandelt umso geringer wird der stromfluss und der wiederstand verändert sich.
welche nennspannung eine batterie hat hängt von den elementen ab. eine bleiautobatterie zb 2,0v ein nickelcadmium 1,2 v eine zinkbatterie 1,5 v usw. geladen ist die spannung meist höher, zu tief entladen= kaputt
die Materialkombination bestimmt die maximale Spannung z.B. Kohle-Zink 1,5V.
Bei einem Stromfluss wird Zink chemisch umgewandelt. Das passiert im Inneren der Batterie. Die Abbauprodukte verbleiben in der Batterie. Im Inneren entstehen dabei andere Materialkombinationen, die nicht 1,5V liefern. Die effektive Spannung liegt dann, ja nach Mengenverhältnis unterhalb der 1,5V.
Gleichzeitig kann so eine Batterie, nicht nur wegen der geringeren Spannung, sondern auch weil die Fläche kleiner wird, nur weniger Strom liefern.
Ich weiß ja nicht, was für eine Lampentechnik bei dir leuchtet, falls es aber LEDs sind, könnte das auch einfach daran liegen, das eine Spannugs- oder Stromstabilisierungsschaltung auch mit stärker schwankenden Spannungen die LED bis kurz vor Ende der Lebensdauer der Batterie gleich hell leuchten lässt.
Oder hast du gemessen?
Die Zellspannung hängt auch von den Konzentrationen der gelösten Stoffe ab, und diese ändern sich im Lauf der Entladung. Daher ist auch mit sehr hochohmigen Messgeräten eine Abnahme der Zellspannung bei Entladung zu messen. Gut messbar bei Alkali-Mangan, bei Ni-MH und bei Li-egalwas.
Der Bleiakku zeigt vergleichsweise geringen Spannungsabfall, weil sich bei der Entladung nur wenig an den gelösten Stoffen ändert. Blei ebenso wie Bleioxid und Bleisulfat liegen in fester Form vor, nur die Konzentration der Schwefelsäure ändert sich etwas.