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Energievorsorge

Revolution im Energiesektor: Neues Metamaterial hilft, aus Wärme Strom zu gewinnen

Batterien / Akkumulatoren

Acrylglas-Akku

Nanodrahtbatterien wären äußerst vielversprechend - wenn sie länger halten würden. Jetzt verspricht ein Allerweltskunststoff Abhilfe.

von Jan Dönges

Nanodrähte verleihen den Elektroden einer Batterie eine extrem große Oberfläche, dadurch können viele Elektronen gespeichert und beim Entladen zur Verfügung gestellt werden. Doch wie Forscher um Reginald Penner von der University of California in Irvine berichten, leidet dieser Batterientypus an der Zerbrechlichkeit der hauchdünnen Drähte. Nach rund fünf- bis siebentausend Ladezyklen seien die Akkus im Normalfall hinüber, sagt der Forscher.

Doch nun kam seiner Mitarbeiterin Mya Le Thai der Zufall zu Hilfe. Sie bettete bei ihren Experimenten die Nanodrahtelektroden in den Kunststoff Polymethylmethacrylat (PMMA) ein – den Hauptbestandteil von Acrylglas. Offenbar stabilisiert die Substanz, die sie in Form eines zähen Gels verwendete, die Nanodrähte: Mit PMMA überstanden die Batterien plötzlich bis zu 200 000 Ladezyklen, schreiben die Wissenschaftler.

Die Forscher verwendeten Goldnanodrähte mit einer Mangandioxidumhüllung. Herkömmliche Nanodrahtbatterien versagen den Dienst, wenn sich die beiden Materialien voneinander ablösen. Kommerziell verwertbar ist die Kunststoffbatterie noch nicht, aber immerhin haben sie zeigen können, dass dieser Typus dazu in der Lage ist, sehr viele Ladezyklen nahezu schadlos zu überstehen.

Zink-Kohle (Rx) vs. Alkali-Mangan (LRx)

Bei Alkalibatterien sollte man unbedingt auf die Bezeichnung achten! AA-Batterien tragen auch die Bezeichnung „R6“ wenn sie als Zink-Kohle realisiert wurden, die neueren Alkali-Mangan-Batterien tragen dagegen die Bezeichnung „LR6“. Der entscheidende Unterschied ist der, dass die LR6 doppelt so lange halten wie die R6.

Batterien liefern, je nach Alter, unterschiedliche Spannungen. Zum Beispiel hat die 6R61 eine Nennspannung von 9 Volt. Tatsächlich hat die Batterie im Neuzustand eine Spannung von ca. 9,6 Volt (~1,6V je Zelle). Sind ca. 10% ihrer Lebensdauer abgelaufen, dann hat sie noch für ca. 70% seiner Lebensdauer ca. 6,6 Volt (~1,1V je Zelle).

Bei der 6LR61 dagegen fällt die Spannung etwas langsamer ab, durch den eher kontinuierlichem Abfall kann man den Verlauf hier nicht in so schöne Phasen einteilen, wie bei den Zink-Kohle-Zellen.

Den geringsten Spannungsabfall, über die Entladezeit hinweg, haben die handelsüblichen Klein-Akkus (NiMH-Zellen).

Akkumulatoren im R3- und R6-Format haben eine Nennspannung von 1,2V und liefern diese Spannung über eine sehr lange Zeit im Verhältnis zu ihrem Gesammtentladezeitraum. Der 9V-Block als Akku, besteht heute meist aus 7 NiMH-Zellen, mit je einer Nennspannung von 1,2V, was einer Gesamtnennspannung von 8,4 V entspricht.

Der Innenwiederstand ist bei den alten Zink-Kohle-Zellen (~0,50 Ohm) am höchsten und bei den NiMH-Zellen am niedrigsten. Das bedeutet, dass die alten Zink-Kohle-Zellen, bei identischer Spannung, in einem bestimmten Gerät eine geringere Leistung abgeben können als die Alkalibatterien (~0,15 Ohm) oder die NiMH-Zellen.

Auch die Selbstentladung ist bei den alten Zink-Kohle-Zellen (~7% je Monat) deutlich höher als bei den Alkalibatterien (~0,2% je Monat). Sodas die alten Zink-Kohle-Zellen nach 3 Jahren Lagerung (bei 20°C) noch eine Restkapazität von weniger als 10% haben und die Alkalibatterien noch mehr als 90% haben.

Auffrischen von Alkali-Zellen

Die meisten Alkali-Mangan-Batterien lassen sich mit speziellen geeigneten Ladegeräten (beispielsweise für RAM-Zellen: rechargeable alkali manganese) 3-10 mal auffrischen (nicht aber mit Ladegeräten für normale NiMH-Akkus!). Dabei besteht ein geringes Risiko, dass die Batterien später beim Gebrauch auslaufen, sodass eine periodische Überwachung angebracht sein kann.

Kommerzielle Ladegeräte für RAM-Zellen arbeiten mit konstantem Ladestrom, der jede Sekunde für wenige Millisekunden unterbrochen wird, um stromlos die Zellenspannung zu messen. Wenn diese 1,73 V überschreitet, dann wird der Ladestrom so lange abgeschaltet, bis die Zellenspannung 1,69 V wieder unterschritten hat. Die Konstantspannungsmethode ist ebenfalls sicher und geeignet, dafür aber langsamer.

In Afganistan holt man auch den allerletzten Rest noch aus den Alkali-Mangan-Batterien herraus, indem man sie nach zu starkem absinken der Betriebsspannung in heißes Wasser legt.

Batteriegeräte

Bei der Wahl der Geräte sollte man darauf achten, das sie auch mit deutlich geringeren Spannungen noch einwandfrei arbeiten als die Nennspannung.

Leider melden übliche Rauchmelder, die einen solchen 9V-Block benötigen, schon beim unterschreiten von 8V eine leere Batterie. Das ist natürlich eine Battrieverschwendung, die man sich in Notsituationen nicht leisten kann.

Eine Alkali-Batterie mit einer Nennspannung von 1,5V (R3, R6, R14, R20) besteht immer aus einer einzigen Zelle.

Will man also ein Gerät überprüfen ob es die Alkali-Batterien entsprechend gut ausnutzt, kann man einen nicht mehr ganz vollen Akku in dem Gerät verwenden. Es sollte damit noch genügend Leitung haben undeinwandfrei funktionieren. Allerdings liefert ein Akku bei 1,1V deutlich mehr Strom als eine Alkali-Batterie mit 1,1V, sodas dieser Test auch deutlich von den Realbedingungen abweichen kann. Das heißt, wenn ein Gerät mit Akku bei 1,1V noch kraftvoll arbeitet, kann es mit einer Alkali-Batterie bei 1,1V schon den Geist aufgeben. Deshalb sollte man, um einen realistischen Eindruck zu bekommen, auch unter realistischen Bedingungen testen. Deshalb empfehle ich, mit einem kleinen Spannungsmessgerät entsprechend teilentleerte Alkali-Batterie zu finden und dann zu testen verwenden und zum Vergleich auch nagelneue Alkali-Batterie mitnehmen. Nach aktueller Gesetzeslage darf der Verbraucher sich ja vor Erwerb über bestimmte Eigenschaften des zu erwerbenden Gerätes überzeugen.

Im allgemeinen sind Batteriegeräte so konstruiert worden, dass sie je verwendeter Alkali-Zelle für eine Entladespannung von 1,0V ausgelegt sind. Eine Batteriezelle gilt als leer, wenn sie nur noch eine Spannung von 0,8V liefert.

Generator

  1. Wasserkraft
  2. Windkraft
  3. Diesel

Brennstoff

  1. Kocher für Festbrennstoffe
  2. Petroleumkocher
  3. Petroleumlampe

einfacher HHO-Generator mit sehr hohem Wirkungsgrad

energievorsorge.txt · Zuletzt geändert: 2018/11/11 02:24 von manfred