Elektrochemische Zelle=Batterie?

Eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Wandler. Bei der Entladung wird gespeicherte chemische Energie durch die elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt. Diese kann von einem vom Stromnetz unabhängigen elektrischen Verbraucher genutzt werden.

In nicht wiederaufladbaren Primärbatterien sind die Reaktionen bei der Entladung nicht oder nur teilweise umkehrbar. Dagegen sind sie in wiederaufladbaren Sekundärbatterien (Akkumulatoren) weitgehend umkehrbar, so dass eine mehrfache Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und zurück möglich ist.

Der Begriff „Batterie“ bezeichnet eine Zusammenschaltung mehrere galvanischer Zellen. Umgangssprachlich wird der Begriff auch für einzelne galvanische Zellen verwendet.

Aufgrund der vielen Einsatzbereiche mit sehr unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Spannung, Leistung und Kapazität gibt es heute Batterien in nahezu unüberschaubaren Ausführungen.

Die Elektrodenmaterialien legen die Nennspannung der Zelle fest. Höhere Spannungen erhält man durch Hintereinanderschalten (Reihenschaltung) mehrerer Zellen.

Als Kapazität einer Batterie (nicht zu verwechseln mit der elektrischen Kapazität) wird die in der Batterie gespeicherte elektrische Ladung bezeichnet. Man unterscheidet die theoretische Kapazität (hängt von der Menge des aktiven Materials in der Batterie ab) von der unter bestimmten Bedingungen entnehmbaren Ladung („praktische“ Kapazität). Die Kapazität wird meist in Amperestunden (Abkürzung: Ah) und selten in Coulomb (Einheitenzeichen: C) angegeben. Die Kapazität hängt nicht von der Anzahl der hintereinander in Reihe geschalteten Zellen ab, erhöht sich jedoch bei Parallelschaltung.

Die entnehmbare Kapazität einer Batterie hängt von den Entladebedingungen (beispielsweise Belastung, Entladeschlussspannung, Temperatur) sowie der Vorgeschichte der Batterie (beispielsweise Dauer und Bedingungen der Lagerung vor der Entladung) ab. Deswegen werden praktische Batteriekapazitäten durch genormte Entladeverfahren unter vorgegebenen Bedingungen bestimmt. Zu den üblichen Entladeverfahren zählen die Entladung mit konstantem Strom, die Entladung über einen konstanten Widerstand und die Entladung mit konstanter Leistung. Je nach Entladeverfahren weist die Batterie eine andere Kapazität auf. In einer sinnvollen Angabe der Nennkapazität müssen daher Entladeverfahren und Entladebedingungen mit aufgeführt werden. Batteriekapazitäten können den Datenblättern der Batteriehersteller entnommen werden.

Generell nimmt die entnehmbare Kapazität einer Batterie mit zunehmendem Entladestrom ab. Gründe dafür sind die zunehmenden Verluste am Innenwiderstand der Batterie und die begrenzte Geschwindigkeit der elektrochemischen Prozesse und Transportvorgänge in der Batterie. Die Verringerung der entnehmbaren Kapazität mit zunehmendem Entladestrom ist stark vom elektrochemischen System und dem Aufbau der Batterie abhängig.

Die Batteriekapazität oder der Maximalstrom bei gegebener Spannung lassen sich durch größer gebaute Zellen oder durch Parallelschaltung von Zellen oder Batterien erhöhen.

Die Leistung einer Batterie ist die Menge an elektrischer Energie, die pro Zeiteinheit entnommen werden kann. Sie wird in der Regel in Watt (Einheitenzeichen W) angegeben und ist das Produkt aus Entladestrom und Entladespannung.

Die in einer Batterie gespeicherte Energie wird meist nicht angegeben, die Energie pro Masse oder pro Volumen ist jedoch eine wichtige Kenngröße von Batteriesystemen.

Alle Batterien unterliegen bei Lagerung der Selbstentladung. Die Geschwindigkeit der Selbstentladung hängt unter anderem vom Batterietyp und der Temperatur ab. Je niedriger die Lagertemperatur, desto geringer ist die Selbstentladung.