Die Entwicklung der ersten Batterie

Tag der Batterie Die Entwicklung der ersten Batterie

18.02.2020Autor Katharina Juschkat

Erst mit der Batterie konnte die Elektrizität und alle daraus resultierenden Entwicklungen fundiert erforscht werden. Zuckende Froschschenkel und eine falsche Theorie führten zu dieser Entwicklung.

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Alessandro Volta, vor genau 275 Jahren geboren, legt den Grundstein für die Batterien, wie wir sie heute kennen.
(Bild: ©Rawf8 - stock.adobe.com)

Vor genau 275 Jahren wurde Alessandro Volta geboren, der Mann, dem wir eine bahnbrechende Erfindung verdanken: Die erste Batterie. Volta, am 18. Februar 1745 im italienischen Como geboren, wurde damit zu einem Wegbereiter für die Elektrotechnik und Elektronik und ermöglichte mit der ersten brauchbaren, kontinuierlichen Stromquelle erst die Erforschung der Elektrizität und zahlreiche daraus entstandenen Erfindungen. Doch der Reihe nach.

Selbststudium der Elektrizität

Voltas Eltern wollten zunächst, dass er eine juristische Laufbahn einschlug. Doch seine Leidenschaft galt der Physik, und so brachte er sich noch während seines Jurastudiums autodidaktisch die Lehre der Elektrizität näher und knüpfte Kontakte zu Größen der Physik.

Alessandro Volta neben einem Modell der Volta‘schen Säule. Im Selbststudium brachte er sich die Lehre der Elektrizität näher.
(Bild: gemeinfrei)

Bald widmete er sich voll und ganz der Physik: 1775 erfand er das Elektrophor – ein Gerät, das durch Influenz (elektrostatische Induktion) erzeugte statische Elektrizität herstellt und transportiert. Er entdeckte Methan und seine explosiven Eigenschaften, und prägte das Wort „Spannung“. Schließlich wurde er 1778 Professor für Physik und Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik an der Universität Pavia.

Wie zuckende Frösche zur Batterie führten

Es ergab sich zu dieser Zeit, dass der Naturforscher Luigi Galvani eine weitreichende Entdeckung machte: Bei Experimenten mit Froschschenkeln stellte er fest, dass die Muskeln zu zucken begannen, sobald man sie mit untereinander verbundenen Kupfer und Eisen berührte.

Der Versuchsaufbau von Galvani: Er glaubte, eine neue Art der Elektrizität entdeckt zu haben.
(Bild: gemeinfrei)

Der Arzt und Anatom war sich sicher, eine neue Form der Elektrizität entdeckt zu haben und nannte sie „Tierelektrizität“. Diese Elektrizität erschloss sich durch das Metall und der Frosch war der Kondensator, so war sich Galvani sicher.

Volta wusste das Phänomen richtig zu interpretieren: Der „Galvanismus“, wie er es nannte, war eine simple Muskelkontraktion durch elektrischen Strom, und der zuckende Frosch vielmehr eine Art Detektor, ein Stromanzeiger. Galvani gelang es unabsichtlich, einen Stromkreis zu schaffen.

Was für uns heute offensichtlich wirken mag, darüber entbrannte in der Welt der Wissenschaft ein jahrelanger Streit, wer Recht hatte: Volta oder Galvani. Zur Folge hatte das unter anderem, dass Volta sich intensiv mit der Kontaktelektrizität auseinandersetze und schließlich zu seiner größten Erfindung gelangte: Der ersten Batterie, oder „Volta‘sche Säule“, wie er sie nannte. Damit war Galvani widerlegt.

Das „künstliche, elektrische Organ“ ist erfunden

Die Volta‘sche Säule gilt als die erste funktionierende Batterie und wurde von Volta um 1800 entwickelt und der Wissenschaft vorgestellt. Die Säule besteht aus vielen übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplättchen, die durch elektrolytgetränkte Pappe- oder Lederstückchen getrennt werden.

Ein Element der Säule besteht damit aus einer Kupferfolie, einer Elektrolytschicht und einer Zinkfolie. Alternativ kann statt Kupfer auch Silber und statt Zink auch Zinn verwendet werden. Ein einzelnes Element liefert recht wenig Energie, weshalb in einer Voltaschen Säule viele dieser Elemente verwendet wurden.

Diesen Apparat möchte ich ein künstliches elektrisches Organ nennen, fähig, in jedem Augenblick je nach den Umständen stärkere und schwächere Schläge zu geben.

Alessandro Volta über die „Volta‘sche Säule“

Die Volta‘sche Säule ist schichtweise aufgebaut: Immer abwechselnd folgt auf ein Kupferplättchen das Elektrolyt und ein Zinkplättchen.
(Bild: VoltascheSaeule Schema / Nick B. / CC BY-SA 3.0)

Und so funktioniert die Volta‘sche Säule: Das unedle Metall geht am negativen Pol, der Anode, in Lösung. Während sich das Zinkplättchen auflöst, gibt jedes Zinkatom zwei Elektronen ab, was zu einem Elektronenüberschuss in der Zinkelektrode führt. In der positiven Elektrode, der Kathode, findet eine Reduktion statt und Kupferionen entladen sich. Die Elektronen wandern von der Anode in die Kathode, es fließt elektrischer Strom.

Die erste stabile Stromquelle war erfunden

Natürlich war die erste elektrische Batterie lange noch nicht ausgereift und hatte viele Nachteile. Die stetige Weiterentwicklung brachte uns letztlich die Erfindung, die heute viele technische Errungenschaften erst möglich macht.

Die Volta‘sche Säule hatte große Effekte auf die Wissenschaft: Mit der ersten stabilen Stromquelle konnte die Elektrolyse erfunden und erstmals viele unedle Metalle dargestellt werden. Die elektrische Telegrafie nahm ihren Anfang, und die erste elektrische Beleuchtung durch Bogenlampen – wenn auch noch unglaublich ineffektiv – wurde erfunden. Sogar ein Elektroboot fuhr erstmals 1839 – angetrieben durch eine Volta‘sche Säule.

Mit dieser Erfindung und seinem Beitrag in der Erforschung der Elektrizität machte Volta auch seinen Namen unsterblich: Als die Einheit für elektrische Spannung Ende des 19 Jhd. festgelegt wird, einigt man sich auf „Volt“. Diese Ehrung bekommt Volta allerdings nicht mehr mit: Er verstirbt 1827.

Exkurs: Die „Bagdad-Batterie“

Gab es vor 2000 Jahren schon Batterien?

Bei einer Ausgrabung einer parthischen Siedlung im Jahre 1936 stießen Wissenschaftler auf ein bemerkenswertes Tongefäß. Von außen unscheinbar, befindet sich in dem Gefäß ein Zylinder aus Kupferblech und ein Eisenstab. Der damalige Grabungsleiter Wilhelm König stellte die Theorie auf, dass es sich um eine antike Batterie handeln könnte. Bis heute ist das Fundstück, datiert auf ca. 300 v. Chr., als die „Bagdad-Batterie“ bekannt. Tatsächlich könnte mit dem Aufbau Strom produziert worden sein: In einem Nachbau gaben Wissenschaftler eine Essiglösung als Elektrolyt in die Vase hinzu, und es floss Strom mit einer Spannung von 0,5 Volt.
Es fehlt allerdings bis heute die Bestätigung – oder Widerlegung – dieser Theorie. Da weder jemals Zubehör wie Drähte gefunden wurden und nur ähnliche Vasen mit anderen, nicht Batterie-ähnlichen Inhalten, gehen Wissenschaftler heute davon aus, dass es sich bei der „Bagdad-Batterie“ eher um einen kultischen Gegenstand gehandelt hat.