Batterie

Eine Säule ist ein frühes elektrochemisches Gerät, das durch Stapeln von abwechselnden Scheiben aus zwei verschiedenen Metallen, typischerweise Zink und Kupfer, hergestellt wird. Diese sind durch Pappe oder Tuch getrennt, das in Salzwasser oder verdünnte Säure getränkt ist. Der Stapel erzeugt elektrisches Potenzial durch chemische Reaktion an den Metall-Elektrolyt-Grenzflächen und produziert nutzbaren Strom zwischen den oberen und unteren Anschlüssen. Voltas Säule, um 1800 erfunden, war das erste praktische Mittel zur Erzeugung von kontinuierlichem elektrischen Strom und kam Jahrzehnte vor der modernen Batterie.

Das Grundprinzip ist einfach: Wenn zwei verschiedenartige Metalle mit einem Elektrolyt in Berührung kommen, fließen Elektronen vom reaktiveren Metall (der Anode) durch einen externen Stromkreis zum weniger reaktiven Metall (der Kathode, während Ionen intern durch den Elektrolyt wandern, um den Stromkreis zu schließen. Jedes Element trägt etwa 0,75 bis 1 Volt bei, je nach Metallpaar und Elektrolytstärke; Elemente in Reihe geschaltet addieren die Spannungen. Eine 20er-Säule konnte 15 bis 20 Volt erzeugen.

Praktische Einschränkungen und Varianten

Säulen litten unter schwerwiegenden Nachteilen, die schließlich zur Übernahme besserer Konstruktionen führten. Der innere Widerstand wuchs mit der Höhe und begrenzte die Stromabgabe. Der Elektrolyt verdampfte oder leckte aus den Tuchtrennern, wodurch die Leistung innerhalb von Stunden oder Tagen abnahm. Zinkkorrosion trat auch ohne externe Last auf und verschwendete das aktive Material. Lösungen waren unter anderem Krähenfußsäulen, bei denen senkrechte Pfosten gestapelte Scheiben ersetzten, um die Kontaktfläche zu vergrößern, und Daniell-Elemente, die separate Kupfersulfat- und Zinksulfat-Kammern mit einem durchlässigen Topf als Trennwand verwendeten, um unerwünschte Vermischung zu verhindern.

Der Begriff Säule bleibt im französischen Elektrovokabular erhalten, verschwand aber nach den 1850er Jahren aus dem englischen Industriegebrauch, verdrängt durch Schwerkraftelemente, Leclanché-Elemente und schließlich versiegelte Batterien. Das Verständnis der Säule bleibt jedoch für die Elektrochemie unverzichtbar, da es unmissverständlich zeigt, wie elektrochemisches Potenzial in elektrische Arbeit umgewandelt wird, und weil frühe Säulenexperimente die quantitative Beziehung zwischen chemischer Reaktion und Stromfluss etablierten, auf der die moderne Batterietheorie beruht.