Quelltext der Seite Separator (Batterie)

Ein '''Separator''' in [[elektrochemisches Element|elektrochemischen Elementen]] wie [[Elektrolyse|elektrolytischen]] und [[galvanische Zelle|galvanischen Zellen]] hat die Aufgabe, [[Kathode]] und [[Anode]], d.&nbsp;h., die negative und positive [[Elektrode]] in [[Akkumulator]]-Zellen und [[Primärelement]]en räumlich und [[Isolierstoff|elektrisch]] zu trennen. Der Separator muss jedoch für die Ionen durchlässig sein, welche die Umwandlung der gespeicherten [[Chemische Energie|chemischen Energie]] in [[elektrische Energie]] bewirken. Als Materialien kommen vorwiegend [[Mesoporöse Festkörper|mikroporöse]] [[Kunststoff]]e sowie [[Vliesstoff|Vliese]] aus [[Glasfaser]] oder [[Polyethylen]] zum Einsatz.<ref name="handbuchkfz">H. Wallentowitz, K. Reif: ''Handbuch Kraftfahrzeugelektronik: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Anwendungen.'' Springer, 2006, ISBN 9783528039714, S. 256</ref>

== Aufgabe und Aufbau ==
[[Datei:Akku mit Polymer-Separator.svg|thumb|right|Polymer-Separator (in Gelb) in einer Batterie]]
Der Separator hat die Aufgabe einer Barriere, die die beiden Elektroden elektrisch voneinander isoliert, um interne [[Elektrischer Kurzschluss|Kurzschlüsse]] zu vermeiden. Gleichzeitig muss der Separator jedoch durchlässig für [[Ion]]en sein, damit die elektrochemischen Reaktionen in der Zelle ablaufen können.

Ein Separator muss dünn sein, damit der [[Innenwiderstand]] möglichst gering ist und eine hohe Packungsdichte erzielt werden kann. Nur so sind gute Leistungsdaten und hohe [[Kapazität (galvanische Zelle)|Kapazitäten]] möglich. Weitere wichtige Funktionen des Separators sind, den [[Elektrolyt]]en aufzusaugen und bei geschlossenen Zellen den Gasaustausch zu gewährleisten. Während früher u.&nbsp;a. Gewebe und [[Papier]] verwendet wurden, sind heutzutage überwiegend sehr feinporige Materialien im Einsatz wie Vliesstoffe und Membranen.

Als Separator kann auch eine einfache Konstruktion aus [[Spritzgießen|spritzgegossenen]] Kunststoffstegen dienen, wenn es nur darum geht, die Elektroden in einem bestimmten Abstand zu halten.

Eine Sonderform des Separators ist die [[Röhrchentasche]]. Diese wird aus zwei Lagen Gewebe bzw. Vliesstoff hergestellt, die zunächst mit einem Harz getränkt, dann miteinander vernäht und in eine bestimmte Röhrchenform gebracht wurden. Diese Röhrchen werden mit aktiver Masse befüllt und werden dann in [[Bleiakkumulator]]en als Elektroden eingesetzt.

Für unterschiedliche chemische Systeme müssen auch unterschiedliche Separatoren eingesetzt werden. Ihre Zusammensetzung richtet sich nach dem Elektrolyten, dem sie im Verlaufe der [[Lebensdauer (Technik)|Lebensdauer]] ausgesetzt sind. Ein weiteres Kriterium für die Separatorauswahl ist der Preis. Separatoren, die über viele Lade- bzw. Entladezyklen bzw. mehrere Jahre hinweg stabil sein müssen, sind aus höherwertigen Materialien gefertigt als solche, die in kurzlebigen [[Batterie (Elektrotechnik)#Begriff|Primärzellen]] eingesetzt werden.

== Separatoren für wiederaufladbare oder Sekundärelemente ==

;[[Bleiakkumulator]]en:Hier sind Materialien erforderlich, die den stark sauren und oxidativen Bedingungen standhalten können. Es kommen hier extrudierte oder [[Sintern|gesinterte]] Separatoren aus Polyethylen, gesintertem [[Polyvinylchlorid|PVC]] oder Matten aus Mikroglasfaservlies (AGM) in Frage.

;[[Nickel-Cadmium-Akkumulator]]en: Hier, im stark [[Base (Chemie)|alkalischen]] Milieu der [[Kalilauge]], sind überwiegend Separatoren aus [[Polyamid]] sowie [[Polyethylen]] bzw. [[Polypropylen]]-Kombinationen im Einsatz. Heutzutage werden hier fast ausschließlich Vliesstoffe verwendet. [[Hydrophob]]e [[Polymer]]e können durch [[Fluorierung]] oder [[Netzmittel]] [[hydrophil]] gemacht werden, so dass sie begierig den [[Elektrolyt]]en aufnehmen.

;[[Nickel-Metallhydrid-Akkumulator]]en: Die Voraussetzungen sind hier dieselben wie bei Nickel-Cadmium-Akkus nur dass hier zusätzliche Anforderungen an den Akkuseparator gestellt werden. Er muss nämlich in der Lage sein, die [[Selbstentladung]] zu verringern. Dies gelingt durch Funktionalisierung der Vliesstoff-Oberfläche mittels chemischer Behandlung. Eine solche kann die Oberflächenbehandlung mit [[Acrylsäure]] oder die [[Sulfonierung]] sein.

;[[Lithium-Akkumulator]]en: Hier setzt man mikroporöse Membranen ein, um den Ionendurchgang zu ermöglichen. Dabei handelt es sich meist um polymere Folien, die auch aus mehreren Lagen bestehen können. Da diese Folien zwar sehr gute elektrochemische Eigenschaften, aber nur eine geringe Temperaturbeständigkeit (etwa 120&nbsp;°C) aufweisen, werden auch hitzebeständige mikroporöse keramische Separatoren eingesetzt. Deren mechanische Eigenschaften (Bruchempfindlichkeit) schränken die Einsatzmöglichkeiten allerdings auf ausschließlich stationäre Anwendungen stark ein.<br />Seit etwa 2009 wird an Materialien gearbeitet, die auf einem sehr feinen Vliesstoff basieren, welcher keramisch beschichtet wurde. Damit erreicht man durch Flexibilität und Temperaturbeständigkeit eine hohe Sicherheit, insbesondere für den Einsatz in [[Traktionsbatterie]]n für [[Elektroauto]]s und [[Hybridelektrokraftfahrzeug|Hybridfahrzeuge]]. Eine neue Entwicklung stammt dabei von dem Konzern [[Evonik]] und wird von der sächsischen Firma [[Li-Tec]] eingesetzt. Die als Separator entwickelte Keramikfolie ''Separion'' ist temperaturfest bis etwa 700&nbsp;°C<ref>{{Internetquelle |autor=Carsten Herz |url=http://www.handelsblatt.com/unternehmen/industrie/elektroauto-daimler-und-evonik-forcieren-batterie-allianz/3513396.html |titel=Elektroauto: Daimler und Evonik forcieren Batterie-Allianz |werk=[[Handelsblatt]] Online |datum=2010-08-11 |sprache=de |archiv-url=https://web.archive.org/web/20141218155313/http://www.handelsblatt.com/unternehmen/industrie/elektroauto-daimler-und-evonik-forcieren-batterie-allianz/3513396.html |archiv-datum=2014-12-18 |abruf=2026-01-25}}</ref> und soll explosionsartiges [[thermisches Durchgehen]] zuverlässig verhindern<ref>MembranGuide: ''[http://www.membrane-guide.com/firmenlisten/produkte/membrane-battery-separator_europe.htm Separion ist der neue keramische Separator für Lithium Ionen Batterien]'', aufgerufen 13. Juni 2012</ref>.

== Separatoren für nicht wiederaufladbare oder Primärzellen ==

;Lithium-Zellen von [[Lithiumbatterie]]n: Es werden mikroporöse Folien oder Vliesstoffe verwendet.

;[[Alkali-Mangan-Zelle]]n: In [[Alkali-Mangan-Batterie]]n werden vorwiegend Vliesstoffe (englisch ''nonwovens'') als Separatoren eingesetzt. Diese bestehen meist aus einer Mischung von [[Polyvinylalkohol]]-Mikrofasern (PVA) und [[Zellulose]]. Gelegentlich werden auch [[Laminat]]e aus Vliesstoffen und [[Membrantechnik|Membranen]], wie beispielsweise [[Zellulosehydrat|Cellophan]] verwendet. Spezielle Anforderungen an das Separatormaterial in Alkali-Mangan-Batterien sind gute [[Benetzbarkeit|Benetzung]] und hohe Aufnahmefähigkeit für die alkalische [[Elektrolyt]]lösung. Der Porendurchmesser muss klein sein, um sogenannte ''Durchwachsungen'' des Separators durch [[Zink]]-[[Dendrit (Kristallographie)|Dendriten]], die zum internen [[Elektrischer Kurzschluss|Kurzschluss]] führen, zu vermeiden. Wichtig ist auch ein niedriger Preis des Materials.

;[[Zink-Braunstein-Zelle|Zink-Kohle-Elemente]]: Bei diesem Batterietyp wird vorwiegend Papier als Separator eingesetzt.

== Weitere Einsatzfälle ==
Batterien, welche hohen Temperaturen ausgesetzt sind, erfordern temperaturbeständigere Materialien, z.&nbsp;B. temperaturbeständige Polymere oder auch in Einzelfällen [[Asbest]].

Zu Separatoren in [[Brennstoffzelle]]n siehe dort.

== Literatur ==
* {{Literatur|Autor=Peter Kritzer, John Anthony Cook|Titel=Nonwovens as Separators for Alkaline Batteries|Sammelwerk=Journal of The Electrochemical Society|Band=154|Nummer=5|Jahr=2007|Seiten=A481–A494|DOI=10.1149/1.2711064}}

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
'''Hersteller'''
* [https://corporate.evonik.com/de/Pages/default.aspx ''EVONIK (früher Ruhrkohle AG)'']
* [https://www.li-tec.de/ ''LiTec'']
* [http://www.degussa.com/degussa/de/maerkte/degussa4automotive/newsletter/newsletter2/freie_fahrt_fuer_lithium_ionen_batterien/ ''Separion – Keramikfolie als Separator'']
* [https://www.valence.com/ ''Valence'']

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[[Kategorie:Batterietechnik]]