Kondensatoren und Batterien – was ist der Unterschied?
Es scheint, dass Batterien und Kondensatoren im Wesentlichen dasselbe tun: Beide speichern elektrische Energie, um sie dann an die Last zu übertragen. Es scheint einfach so, in manchen Fällen verhält sich der Kondensator beispielsweise normalerweise wie eine Batterie mit geringer Kapazität in den Ausgangskreisen verschiedener Umrichter.
Aber wie oft kann man sagen, dass sich eine Batterie wie ein Kondensator verhält? Gar nicht. Die Hauptaufgabe der Batterie besteht in den meisten Anwendungen darin, elektrische Energie in chemischer Form zu sammeln und über einen längeren Zeitraum zu speichern, um sie dann schnell oder langsam, sofort oder mehrmals an den Verbraucher abzugeben. Die Hauptaufgabe des Kondensators besteht unter ähnlichen Bedingungen darin, elektrische Energie für kurze Zeit zu speichern und sie mit dem erforderlichen Strom an eine Last zu übertragen.
Das heißt, dass es bei typischen Kondensatoranwendungen in der Regel nicht erforderlich ist, Energie so lange zu halten, wie es Batterien oft erfordern. Der wesentliche Unterschied zwischen einer Batterie und einem Kondensator liegt im Aufbau beider sowie in den Funktionsprinzipien.Obwohl es von außen für einen unbekannten Beobachter den Anschein erwecken könnte, dass sie auf die gleiche Weise angeordnet sein sollten.
Kondensator (vom lateinischen „condensatio“ – „Ansammlung“) in seiner einfachsten Form – ein Paar leitfähiger Platten mit einer beträchtlichen Fläche, getrennt durch ein Dielektrikum.
Das zwischen den Platten befindliche Dielektrikum ist in der Lage, elektrische Energie in Form eines elektrischen Feldes zu speichern: Wenn mit einer externen Quelle eine EMF an den Platten erzeugt wird Potenzieller unterschied, dann ist das Dielektrikum zwischen den Platten polarisiert, weil die Ladungen auf den Platten mit ihrem elektrischen Feld auf die gebundenen Ladungen innerhalb des Dielektrikums einwirken und diese elektrischen Dipole (gebundene Ladungspaare innerhalb des Dielektrikums) so ausgerichtet sind, dass sie versuchen, mit ihrer Summe zu kompensieren elektrisches Feld, das Feld der Ladungen, die aufgrund einer externen EMF-Quelle auf den Platten vorhanden sind.
Wenn nun die externe EMF-Quelle von den Platten ausgeschaltet wird, bleibt die Polarisation des Dielektrikums bestehen – der Kondensator bleibt für einige Zeit geladen (abhängig von der Qualität und den Eigenschaften des Dielektrikums).
Das elektrische Feld eines polarisierten (geladenen) Dielektrikums kann dazu führen, dass sich Elektronen in einem Leiter bewegen, wenn sie die Platten schließen. Auf diese Weise kann der Kondensator die im Dielektrikum gespeicherte Energie schnell an die Last übertragen.
Die Kapazität des Kondensators ist umso größer, je größer die Fläche der Platten und je höher die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ist. Die gleichen Parameter beziehen sich auf den maximalen Strom, den der Kondensator beim Laden oder Entladen aufnehmen oder abgeben kann.
Batterie (von lat. acumulo sammeln, ansammeln) funktioniert ganz anders als der Kondensator.Das Wirkprinzip liegt nicht mehr in der Polarisation des Dielektrikums, sondern in reversiblen chemischen Prozessen, die im Elektrolyten und an den Elektroden (Kathode und Anode) ablaufen.
Beim Laden einer Lithium-Ionen-Batterie werden beispielsweise Lithiumionen unter der Einwirkung einer externen EMF des Ladegeräts, die auf die Elektroden wirkt, in das Graphitgitter der Anode (auf einer Kupferplatte) eingebettet und bei der Entladung wieder hinein der Aluminiumkathode (z. B. aus Kobaltoxid). Es bilden sich Verbindungen. Die elektrische Kapazität der Lithium-Batterie ist umso größer, je mehr Lithium-Ionen beim Laden in die Elektroden eingelagert werden und diese beim Entladen verlassen.
Im Gegensatz zum Kondensator gibt es hier einige Nuancen: Wird die Lithiumbatterie zu schnell aufgeladen, haben die Ionen einfach keine Zeit, sich in den Elektroden einzubetten, und es bilden sich Kreise aus metallischem Lithium, die zu einem Kurzschluss beitragen können Und wenn Sie die Batterie zu schnell entladen, kollabiert die Kathode schnell und die Batterie wird unbrauchbar. Der Akku erfordert beim Laden eine strikte Einhaltung der Polarität sowie eine Kontrolle der Werte der Lade- und Entladeströme.