Geschichte Batterien und Akkus: Eine kleine Zeitreise

Abbildung 1Abb. 1: Galvani stieß mit seinem Froschexperiment die spätere Entwicklung von Batterien an.
Mit der Französischen Revolution beginnt 1789 eine neue Zeitrechnung in Europa. Im gleichen Jahr löst der italienische Biophysiker Luigi Galvani fernab gesellschaftlicher Umbrüche, in einem ruhigen Labor in Bologna, eine ganz andere Revolution aus: Er entdeckt durch Versuche an Fröschen das Grundprinzip, nach dem bis heute Batterien und Akkus funktionieren, die galvanische Zelle.

So erstaunlich es klingen mag: Das Zeitalter der mobilen, elektrochemischen Energieträger beginnt mit zuckenden Froschschenkeln. Dies erreichte Luigi Galvani, indem er die Muskeln der Amphibien einfach mit zwei Metallen in Berührung brachte, in diesem Falle mit Kupfer und Eisen (siehe Abbildung 1, oben). Ohne zu ahnen, welchen elektrochemischen Prozess er damit initiierte, der zur späteren Entwicklung von Batterien und Akkus führen sollte, hatte Galvani mit dem Frosch als Medium einen Stromkreis zustande gebracht: Das Salzwasser der Amphibie war der Elektrolyt, der zuckende Muskel zeigte die elektrische Aktivität an. Seitdem bezeichnet eine galvanische Zelle oder ein galvanisches Element die Vorrichtung – bestehend aus zwei verschiedenen Elektroden und einem Elektrolyten – zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie.

Volta erfindet Ur-Batterie
Zehn Jahre nach Galvanis Entdeckung gelang seinem Landsmann Alessandro Volta erstmals die Konstruktion einer einfachen Batterie: die sogenannte Voltasäule. Volta hatte dabei mehrere Schichten aus Kupfer- und Zinkplatten sowie mit Salzsäure getränkte Textilien so übereinandergelegt, dass dadurch eine Spannung aufgebaut wurde. Doch erst posthum hat man seine Pionierleistung anerkannt und die Maßeinheit für elektrische Spannung Volt genannt. Dieser Ur-Batterie und dem rasch um sich greifenden „Galvanismus“ seit Galvanis Froschexperimenten ist es zu verdanken, dass im 19. Jahrhundert die Elektrizität in der Chemie eine immer größere Rolle spielte.

Abbildung 2Abb. 2: Die Massenproduktion wurde durch die Erfindung der Trog-Batterie möglich.
Kaum hatte Volta seine elektrische Energie erzeugende Säule der staunenden Wissenschaft vorgestellt, gelang William Cruickshank im hohen Norden von Schottland ein weiterer Durchbruch: Er erfand die Trog-Batterie (siehe Abbildung 2, links) und schuf damit die Grundlage zur massenhaften Herstellung von Batterien. Von 1802 an kann man also erstmals von einer für die Massenproduktion geeigneten elektrischen Batterie sprechen.

Auf den Fuß folgte die Entdeckung des Akkumulators: Denn zeitgleich mit Cruickshank entwickelte der deutsche Physiker Johann Wilhelm Ritter die als Rittersche Ladungssäule bekannt gewordene Vorform des heutigen Akkus beziehungsweise der wiederaufladbaren Batterie. Ähnlich wie bei Volta bestand seine Säule aus übereinander geschichteten und mit Tafelsalz getränkten Kupfer- und Kartonscheiben. Man konnte diese Konstruktion mit elektrischem Strom laden und auch wieder entladen.

Trockenbatterien setzen sich durch
Diese Pioniere von Galvani bis Ritter schufen mit ihren wie Kunstobjekte aussehenden Vorrichtungen die Grundlage für die spätere Entwicklung von Trockenbatterien, bei denen die Flüssigkeiten der bis dahin eingesetzten „Nassbatterien“ durch weiche Materialien ersetzt wurden. Carl Gassner entwickelte 1887 in Deutschland die Trockenbatterie zur Serienreife, indem er mit Gips als Bindemittel experimentierte. Auslöser waren die damals von dem französischen Chemiker Georges Leclanché batteriebetriebenen Türklingeln. Die erwiesen sich nämlich als ziemlich unzuverlässig – und so verdiente sich Gassner mit seinen viel besseren Trockenbatterien eine goldene Nase. Auch sein Landsmann Paul Schmidt trug dazu bei, dass die Nassbatterie schließlich von der transportablen Trockenbatterie abgelöst wurde: Er gilt als eigentlicher Erfinder der Trockenbatterie und der Taschenlampe in Deutschland. Im Jahr 1903 startete Schmidt in seiner Fabrik in Berlin die Herstellung von Trockenbatterien und Batteriegehäusen. Zehn Jahre später begann der Unternehmer die Massenproduktion von Batterien und Taschenlampen für den Weltmarkt unter dem Markennamen Daimon.

Weltweiter Einsatz von Akkus
Ebenfalls um die Jahrhundertwende wurden nahezu zeitgleich in Schweden und in den USA weitere Weichen für die Geschichte der Batterie gestellt: Waldemar Jungner entwickelte 1899 den Nickel-Cadmium-Akkumulator, Thomas Alva Edison auf der anderen Seite des Atlantiks den Nickel-Eisen-Akkumulator. Mit dem Einsatz von Cadmium statt Eisen erreichte Jungner im Gegensatz zu Edisons Batterie eine größere Energieausbeute. Allerdings unterlag er später in einem langen Streit um Patentrechte seinem mächtigeren US-Konkurrenten. Auch der luxemburgische Ingenieur Henri Tudor leistete mit dem ersten Bleiakkumulator seinen Beitrag für den weltweit zunehmenden Einsatz von Akkumulatoren. Er soll sich dabei mit Edison ausgetauscht haben – auf diese Weise hing die weitere Entwicklung von Batteriesystemen immer weniger von einzelnen Erfindern ab, sondern zunehmend von großen Unternehmen und ihren Forschungseinrichtungen mit gezieltem Blick auf die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des mobilen Energiespeichers.

Abbildung 3Militär als Wegbereiter von Hörgerätebatterien
Die Geschichte der Hörgerätebatterie beziehungsweise -akkus begann mit den ersten Knopfzellen – diese wurden als Quecksilberoxid-Zink-Zellen 1942 von Samuel Ruben für das US-Militär entwickelt. Denn die zuvor benutzten Zink-Kohle-Zellen erwiesen sich gerade bei Militäreinsätzen als zu anfällig, wohingegen Rubens Knopfzellen eine robuste Bauweise besaßen und auch bei Wintereinsätzen mit niedrigen Temperaturen leistungsfähig blieben. Dieser Batterietyp hat Spannungen zwischen 1,35 und 3,6 Volt und erhielt seine Bezeichnung durch die besondere, einem Kleidungsknopf gleichende Bauform. Es gibt sie unter anderem als Silberoxid-, Quecksilberoxid- und Lithiumzellen. Neben Hörsystemen haben sie weitverbreiteten Einsatz in kleineren Geräten wie Taschenrechnern und Armbanduhren. Samuel Ruben ist übrigens auch bekannt als Gründer von Duracell – das Unternehmen hatte vor dreißig Jahren Paul Schmidts bekannte Marke Daimon übernommen.

Start der Massenproduktion
Als einer der Wegbereiter für die spätere Massenproduktion von Hörgerätebatterien gilt der 1906 gegründete Batteriekonzern Rayovac. Im Jahr 1937 fasste das Unternehmen mit dem ersten tragbaren Vakuumröhren-Hörgerät in der Hörgerätebranche Fuß. Seine erste Fabrik für Hörgerätebatterien eröffnete Rayovac 1963 in den USA, 1989 kam eine weitere in Großbritannien hinzu. Im Jahr 1977 wurde die Zink-Luft-Batterie eingeführt, die noch heute den Markt beherrscht. Auch die Erfindung des sogenannten „dial packs“ – der drehbaren Wählscheibe, in der die kleinen, runden Batterien in Verpackungsgrößen von bis zu 36 Stück verkauft werden, ist Teil der Firmengeschichte. Das „dial pack“ wird nächstes Jahr stolze 50 – bei Rayovac will man dieses Jubiläum angemessen feiern, Genaueres aber erst später verraten.

Abbildung 4In Deutschland wurden die ersten wiederaufladbaren, gasdichten Knopfzellen ab 1950 von der „Deutschen Edison-Akkumulatoren-Company GmbH“ (DEAC), einer Tochtergesellschaft der AFA/VARTA (VARTA = Vertrieb, Aufladung, Reparatur transportabler Akkumulatoren), in Hagen hergestellt. Die VARTA Batterie AG begann mit der Großproduktion von Silberoxidzellen und Hörgeräteknopfzellen im Jahr 1973 in ihrem Werk im baden-württembergischen Ellwangen. Seit 1980 werden dort umweltfreundliche Luft-Zink-Batterien hergestellt. Heute wird am VARTA Microbattery-Hauptsitz in Ellwangen die Marke „power one“ in der weltweit größten und modernsten Hörgerätebatteriefabrik produziert.

Dr. Herman Nilson


Abbildung 5

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