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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Vorgänge in einem Akku


Autor: Herr Akku (Gast)
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Hallo Zusammen,

ich hätte da mal ein paar elementare Fragen zu den einzelnen 
Prozessabläufen in einem Akku (Li-Akku). Würde mich echt freuen, wenn 
mir das jemand "bildlich" erklären könnte.

folgende Ausgangssituation:
in einem LI-Akku befindet sich LiCoO2 an der Kathode. Die Anode besteht 
aus Graphit, Zwischen den Eletroden gibt es den flüssigen Elektrolyten 
mit Leitsalz und einem Separator, der die Elektroden trennt.
So weit so gut...
Nun nehmen wir noch an dass die Akku Zelle ungeladen ist.

Jetzt zum ersten Problem: wird der Akku an seinen Polen mit einem 
Ladegerät verbunden, was passiert dann genau?
den Ladevorgang an sich, habe ich prinzipiell verstanden: An der Kathode 
kommt es zu einer Oxidation, die Lithiumatome geben ihr Elektron ab, die 
positiv geladenen LI-Ionen wandern zur Anode durch den Elektrolyt und 
die negativ geladenen Elektronen über eine äußere Verbindung ebenfalls 
zur Anode wo sie auf Grund einer Reduktion wieder mit den Li-Ionen 
verbunden werden und sich im Graphit einlagern.
Hier ist mir aber etwas nicht ganz klar: Und zwar die Elektronen, welche 
an die Anode kommen und sie deswegen negativ laden kommen doch vom 
Ladegerät oder nicht?? Wenn ich einen Akku an die Steckdose klemm, 
beziehe ich doch die Energie (die Elektronen) von außen? Wieso heißt es 
dann immer dass die Elektronen von der Kathode rüber zur Anode wandern 
und sich dann dort wieder mit den LI-Ionen verbinden?
Was ist dann die Aufgabe des Ladegerätes, wenn es die erforderlichen 
Elektronen gar nicht liefert??

Nun zum umgekehrten Prozess (und zweitem Problem): Der Akku ist nun 
vollständig geladen, sprich das Lithium befindet sich nun in der Anode.
jetzt klemm ich einen Verbraucher an meinen Akku. Die Reaktion läuft 
wieder ab, indem die Li.Ionen zurück zur Kathode wandern und die 
Elektronen über den Verbraucher ebenfalls. Jetzt zum Problem: Wenn die 
Elektronen über den Verbraucher wandern,dann werden die doch zum 
größtenteil in Wärme oder Bewegungsenergie umgewandelt. Sprich, es kommt 
nur noch ein geringer Teil an der Kathode wieder an. Die Kathode muss 
doch aber irgendwie vorher negative geladen sein um auf die Li-Ionen 
eine elektrische Kraft auszuüben? Woher kommt diese?

Nun noch zum dritten und gleichzeitig letzten problem *G*:
Was macht der Elektrolyt und aus welchem Grund ist dieser nur für 
LI-Ionen leitfähig? Befinden sich darin Li-Ionen?


Ich danke euch jetzt schon mal für eure Antworten. Ich hoffe ich konnte 
mich halbwegs verständlich ausdrücken und ihr erkennt mein Problem.

Gruß

Autor: Martin Noan (Gast)
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>Was ist dann die Aufgabe des Ladegerätes, wenn es die erforderlichen
>Elektronen gar nicht liefert??

Es liefert aber die Energie, die nötig ist um die Elektronen zu bewegen. 
;)

Autor: Herr Akku (Gast)
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joa das bringt mich jetzt nicht wirklich weiter G
Was bedeutet es dann "es liefert die Energie"? Für mich sind das immer 
noch Elektronen, die aus einem Ladgerät bzw aus der Steckdose fließen.

Autor: HildeK (Gast)
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>Hier ist mir aber etwas nicht ganz klar: Und zwar die Elektronen, welche
>an die Anode kommen und sie deswegen negativ laden kommen doch vom
>Ladegerät oder nicht??
Nein!
Die werden durch das Ladegerät 'gepumpt'! Wie bei einer Wasserpumpe - da 
kommt auch kein Wasser aus der Pumpe :-)

>Jetzt zum Problem: Wenn die
>Elektronen über den Verbraucher wandern,dann werden die doch zum
>größtenteil in Wärme oder Bewegungsenergie umgewandelt.

Wieder nein!
Elektronen werden nicht umgewandelt. Sie erwärmen z.B. durch ihre 
Bewegung einen Widerstand.
Wieder beim Wasser: ein Wasserkraftwerk wandelt das Wasser auch nicht um 
- es dient nur dazu, die Turbinen zu drehen und kommt unten in der 
gleichen Menge wieder heraus.

Autor: versuch zu helfen (Gast)
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http://www2.ife.ee.ethz.ch/~rolfz/batak/BatAk_Chemie.pdf

ich glaube das ganze muss man aus dem Blickwinkel der "Elektro-Chemie" 
betrachten. Vieleicht wird dir dann das ganze mit Elektronen und Energie 
etwas klarer...

Autor: versuch zu helfen (Gast)
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Autor: Herr Akku (Gast)
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Ok letzteres hab ich eingesehen bzw kann es mir auf Grund des 
Wassermodells vorstellen. Doch beim Ladegerät ist mir der Begriff 
"pumpen" zu schwammig.
Angenommen ich klemm ein Strommessgerät zwischen Ladegerät und 
Steckdose, dann würde dieses mir doch einen Verbauch anzeigen. 
Irgendetwas muss doch mit den Elektronen bzw mit dem Strom passieren.
das ist soweiso immer ein rießen rätzel für mich gewesen. Dieser 
verdammte Unterschied zwischen Strom und Spannung. Ich mein, es ist mir 
schon klar, dass Spannung mehr oder weniger die nötige Kraft ist, dass 
sich elektronen bewegen und der Strom nichts anderes als bewegte 
Ladungsträger pro Zeit.
Aber wenn ich sage "ich leg 5 V an" dann muss doch zwangsläufig ein 
Strom fließen, der eben etwas bewirkt (z.b. einen Motor antreibt oder 
eine Birne zum leuchten bringt).

Autor: Jens G. (jensig)
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Ja, aber Elektronen werden nicht verbraucht, sondern nur bewegt. Hängst 
Du deine 5V an eine Lampe, gehen die Strömlinge an der einen Seite rein, 
an der anderen Seite kommen die wieder genau so raus, zurück zur 
Stromquelle (Sorry - Spannungsquelle). Während des Durchgangs durch die 
Lampe verrichten die Arbeit - konkret Wärme, bzw. die haben Energie 
abgegeben, was man am Potentialgefälle zw. beiden Seiten sieht (eben die 
5V). Strom ist auf Hin- und Herseite immer gleich - es sind also 
dieselben Elektronen letztendlich, die in die Lampe rein und 
rauswandern.
Genau so ist es beim Ladegerät - auf der einen Seite primär rein, auf 
der anderen primär raus. Diese Bewegung wird sozusagen auf die 
Sekundärseite (Akku) transformiert, so daß dort ebenfalls eine 
Elektronenwanderung stattfindet - aber nur die Elektronen, die sich im 
Sekundärkreis bereits befinden. Diese Wanderung bewirkt, daß die eine 
Seite an Elektronen verarmt, auf der anderen Seite angereichert wird. Im 
Falle eines Kondis ist es einfach eine Ladungstrennung, im Falle von 
Akku ist es eine (räumlich getrennte) Reduktion/Oxidation. Damit aber 
beide Seiten trotzdem ladungsmäßig ausgeglichen sind, wandern im inneren 
durch den Elektrolyten Ionen zur jeweiligen Elektrode, die die 
Elektronen aufnehmen/abgeben. Die Elektronen sind also rein chemisch 
gebunden, und nicht einfach getrennt wie beim Kondi.
Genau so ist es auch mit der Wasserpumpe - wenn Du damit Wasser 10m 
höher pumpst, dann gehen die Strömlinge durch den Motor. Der 
transformiert die Bewegung der Strömlinge in eine mechanische Bewegung 
des Wassers. Und da Du Wasser hochpumpst, steckst Du sozusagen Energie 
ins Wasser (da es höher ist, hat es jetzt eine höhere potentielle 
Energie). Und wenn Du das Wasser wieder runterläßt und einen Generator 
antreibst, geht die Geschichte wieder zurück (Prinzip des 
Pumpspeicherwerkes - "Wasser-Akku" ;-)
Also die Vorstellung vom Stromverbrauch fallen lassen - er wird nicht 
vebraucht, sondern nur umgewandelt in andere Energieformen.

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