Wie moderne Batterien die Welt verändert haben: Die dunklen Anfänge | Die mobile Revolution

Wie moderne Batterien die Welt verändert haben: Die dunklen Anfänge – INHALT

1. Vielleicht älter als wir denken
2. Nicht jeder Batterietyp findet seinen Platz in der Unterhaltungselektronik
3. Überraschenderweise haben sogar Einwegbatterien einen Platz in Computern gefunden

Vielleicht älter als wir denken

Nur wenige Technologien haben die Welt der tragbaren Computer so sehr verändert wie die modernen Akkus. Leichte, preiswerte und schnell und sicher wieder aufladbare Batterien mit hoher Kapazität sind der heilige Gral nicht nur für Computer, sondern für die gesamte moderne Gesellschaft, denn weder die Elektromobilität noch die Hausbatterien kommen ohne sie aus. Solarmodule ohne moderne Batterien machen überhaupt keinen Sinn, denn die Zeit, in der ausreichend Licht zur Verfügung steht, ist meist eine andere als die, in der man leuchten oder Tee kochen möchte.

Die Batterien selbst sind eine erstaunlich alte Technologie. Als die ältesten gelten die so genannten Bagdad-Batterien, die im Irak gefunden wurden und aus der Zeit um 200 v. Chr. stammen. Es ist seit langem umstritten, ob es sich bei den Tongefäßen mit Metallelektroden um Batterien handelt oder nicht – und wenn ja, wofür sie tatsächlich verwendet wurden. Heute geht man davon aus, dass es sich wahrscheinlich wirklich um Batterien handelte, dass Zitronensaft als Einweg-Elektrolyt verwendet wurde und dass sie vielleicht zum Galvanisieren, d. h. zum elektrischen Beschichten von Gegenständen, eingesetzt wurden. Wenn diese Theorie stimmt, ist diese Technologie 2.000 Jahre älter als die Entdeckung der Galvanotechnik durch den Studenten Alessandro Volta im Jahr 1805!

Alessandro Volta war der erste, der 1793 eine galvanische Zelle aus anorganischen Materialien herstellte, die eine Spannung von etwa 1 V lieferte – und er baute auch die so genannte Voltasäule, eine Reihe von gestapelten Zink-Kupfer-Zellen, mit denen die Spannung erhöht werden konnte. Es war die erste Batterie, denn das Wort Batterie bezieht sich auf mehrere Elemente, die zusammenarbeiten und daher effektiver sind – wie zum Beispiel mehrere Geschütze, die eine Artilleriebatterie bilden. Ein Satz zusammengeschalteter Zellen funktioniert genau so und ermöglicht es, die Ausgangsspannung auf die gewünschten Werte zu erhöhen.

Nicht jeder Batterietyp findet seinen Platz in der Unterhaltungselektronik

Im Jahr 1859 gelang ein weiterer Durchbruch, als der französische Physiker Gaston Planté die erste wiederaufladbare Batterie entwickelte. Die ersten Batterien waren Einwegbatterien, Planté entdeckte jedoch, dass es möglich war, eine so genannte reversible chemische Reaktion zu finden, bei der sich die Richtung der Reaktion beim Aufladen der Batterie umkehrt, so dass dieselbe Batterie wiederholt entladen und wieder aufgeladen werden kann. Seine Batterie nutzte die Reaktion zwischen Schwefelsäure und Blei – und solche Batterien werden in der Automobilindustrie eigentlich bis heute verwendet, denn obwohl die Säure ätzend ist und die Batterie eine relativ geringe Energiedichte aufweist (etwa 90 Watt pro Liter), sind Batterien, die auf diesem Prinzip basieren, jedoch kostengünstig, zuverlässig und halten sowohl niedrigen als auch hohen Temperaturen stand.

Dieser Batterietyp wurde in der Tat in den tragbaren Computern der 1980er Jahre verwendet, aber es stellte sich schnell heraus, dass solche Batterien erstens furchtbar schwer und giftig (wegen des Bleis) und zweitens potenziell gefährlich (wegen des sauren Elektrolyts) waren. Eine solche Batterie wurde z. B. vom Macintosh Portable (1989) verwendet, der SLA-Batterien (Sealed Lead Acid) verwendete und mit einem Verbrauch von 5 W bis zu 10 Stunden mit einer einzigen Ladung laufen konnte. Es war ein sperriges Gerät mit einem unbeleuchteten Bildschirm – und einem komplizierten Stromanschluss, der zum Starten eine Batterie erforderte. Heute ist es für Sammler schwierig, einen alternativen Akku für dieses schöne Snow White Gerät zu finden, da die Computerwelt den SLA-Akku vollständig aufgegeben hat.

Überraschenderweise haben sogar Einwegbatterien einen Platz in Computern gefunden

Eine Zeit lang wurde mit Einweg-Zinkbatterien experimentiert, und Miniaturmaschinen mit geringerem Stromverbrauch konnten mit sechs AA-Batterien betrieben werden. Aufgrund der mechanischen Komponenten (Diskettenlaufwerke, Festplatten) waren jedoch in der Regel größere Akkus erforderlich. Das Problem bei mechanischen Komponenten ist, dass sie beim Start einen höheren Stromverbrauch haben – und schwächer werdende Akkus konnten in einen Zustand geraten, in dem sie einfach nicht mehr in der Lage waren, den benötigten Strom zu liefern. Dieser Zustand ist auch von alternden Mobiltelefonen bekannt, bei denen ein älterer Akku nicht mehr in der Lage ist, den benötigten Strom zu liefern, und es aufgrund von Unterspannung zu einem Neustart des Geräts kommt (ein sogenannter „Brownout“).

Tragbare Computer mit zwei Laufwerken erforderten daher größere Batterien, zum Beispiel der Amstrad PPC512 (1987), der zehn Alkali Batterien Größe C erforderte. Die Ausdauer hing davon ab, wie intensiv der Benutzer die Laufwerke nutzte – bei intensiver Nutzung konnte der Computer nur zwei Stunden durchhalten, bei geringer Aktivität aber auch zehn. Es war ein ziemliches Abenteuer, an einer solchen Maschine zu arbeiten, denn er konnte den Spannungsabfall nicht messen und nicht abschätzen, wie lange er anhalten würde. In diesem unangenehmen Fall hätten Sie vielleicht eine Hausarbeit geschrieben, aber sie konnte nicht gespeichert werden, weil die schwache Batterie die Diskette nicht mehr hochfahren konnte!

Der letzte entscheidende Nachteil von Alkalibatterien ist, dass ihr Elektrolyt im Wesentlichen korrosiv ist. Es war – und ist immer noch – möglich, dass es nach einer gewissen Zeit in das Batteriegehäuse eindringt und, wie man so schön sagt, das Gerät, in dem die Batterie aufbewahrt wird, angreift. Manche Batterien entladen sich langsam und zerstören im Grunde nur ihre unmittelbare Umgebung, aber ich habe einen alten Macintosh LC in die Hände bekommen, in dem die Miniatur-Alkalibatterie, die die Echtzeituhr versorgte, buchstäblich explodierte. Obwohl es sich um eine kleine Zelle (eine halbe AA-Batterie) handelte, konnte sie das Innere des Computers so stark zerstören, dass es aussah, als hätte jemand einen Alien erschossen!

Diese Batterien waren schlicht und einfach gefährlich - und die Einwegbatterien sind es immer noch. Wenn Sie sich also Sorgen um Ihre Geräte machen, bei denen Sie die Batterien nicht oft austauschen, würde ich Ihnen empfehlen, sich lieber für wiederaufladbare Zellen mit minimaler Selbstentladung, wie z. B. Panasonic Eneloop zu entscheiden. Leider gab es diese Zellen zu Beginn der mobilen Revolution noch nicht – mit ihnen hätten wir vielleicht heute noch batteriebetriebene Handys von Eneloop!

Es scheint, dass das Prinzip der Säure-Metall-Reaktion und der Erzeugung elektrischer Spannung älter ist, als wir denken. Diese Einweg-Energiequellen sind zwar relativ einfach zu produzieren, bieten aber keine so gute Ausdauer und Energiedichte, ganz zu schweigen von der Ökologie. Was wäre, wenn es Funktionen gäbe, die ein zyklisches Aufladen ermöglichen, die Geräte lange mit einer Ladung laufen lassen und die kompakt sind?