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1 Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus von Susanne Moritz und Alexander Beiter.

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Präsentation zum Thema: "1 Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus von Susanne Moritz und Alexander Beiter."—  Präsentation transkript:

1 1 Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus von Susanne Moritz und Alexander Beiter

2 2 Übersicht - Geschichte - Grundlagen - Batterien - Akkumulatoren - Umweltschutz - Bildungsplanbezug

3 3 Ohne Batterien und Akkus nichts los

4 4

5 5 Historisches Luigi Galvani ( )

6 6 Historisches Alessandro Volta ( )

7 7 Historisches Cu Zn Voltascher Becher Elektroskop

8 8 Historisches Hintereinanderschaltung Voltasche Säule

9 9 Historisches Volta-Säule (1800)

10 10 Was ist Strom? Unterscheidung Gleichstrom und Wechselstrom: Batterien und Akkus sind immer Gleichspannungsquellen!

11 11 Was ist Strom? Menge an Ladungen (Elektronen, Ionen), die sich pro Zeiteinheit durch einen Leiter bewegen. I=Q/ t [A]

12 12 Was ist Spannung? Stärke des Antriebes für den elektrischen Strom. U=W/Q [V] (Volta!)

13 13 Was ist Widerstand? Behinderung des Stromflusses. In Gleichstromkreisen gilt für viele Metalle und Elektrolyte: U~I U=R x I [] Ohmsches Gesetz Der Widerstand ist auch temperaturabhängig!

14 14 Übersicht

15 15 anziehend...

16 16 Verhältnisse in Elektrolyten Der Strom in Elektrolyten besteht aus Ionen, die sich bei angelegter Spannung (Elektrolyse) in die entgegen gesetzte Richtung bewegen. Der Widerstand ist von der Beweglichkeit der Ionen und der Temperatur abhängig.

17 17 Batterie = Akku? Batterien sind Primärzellen Akkus sind Sekundärzellen nicht wieder aufladbar wieder aufladbar

18 18 Batterien Kennzeichen: - Chemische Energie Elektrische Energie - Zwei Elektroden: Pluspol/sauerstoffreiche Verbindungen (+) Minuspol/Metall (-) Meist werden die Batterien nach der Zusammensetzung der Elektroden bezeichnet! - Elektrolyt - Trennschicht - Redoxreaktion chem. Reaktion » Galvanisches Element«

19 19 Galvanische Element Cu + 2Ag + Cu Ag Redoxreaktion

20 20 Galvanische Element Cu + 2Ag + Cu Ag Redoxreaktion e-e- - Pol+ Pol

21 21 Zitronenbatterie » Experiment «

22 22 Die Zitronenbatterie Elektroden: Kupfer und Zinn/Zink Elektrolyt: Zitronensäure Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol : Sn Sn e - Pluspol : 2H + + 2e - H 2

23 23 Die Zitronenbatterie

24 24 Daniell-Element » Experiment «

25 25 Daniell-Element Elektroden: Kupfer und Zink Elektrolyt: CuSO 4 und ZnSO 4 Trennschicht: Tonmaterial Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn e - Pluspol: Cu e - Cu

26 26 Daniell-Element

27 27 Daniell-Element

28 28 Daniell-Element Quantitative (mathematische) Betrachtung: E=E 0 + 0,059V lg c(M z+ ) 2 Halbzelle Cu 2+ /Cu: mit c(Cu 2+ ) = 1 mol/l U=E 0 = 0,34V Halbzelle Zn 2+ /Zn: mit c(Zn 2+ ) = 1 mol/l U=E 0 = -0,76V U=U (Cu2+/Cu) - U (Zn2+/Zn) =0,34V - (-0,76V) = 1,1V

29 29 Mac Gyver- Batterie

30 30 Aluminium-Luft-Batterie

31 31 Aluminium-Luft-Batterie Minuspol: Al (S) Al 3+ (aq) + 3e - Pluspol (Cu): O 2 (aq) +2H 2 O (l) + 4e - 4OH - (aq) Elektroden: Aluminium und Kupfer Elektrolyt: NaCl Trennschicht: - Redoxreaktion:

32 32 Elektrochemische Spannungsreihe

33 33 Aluminium-Luft-Batterie Minuspol: Al (S) Al 3+ (aq) + 3e - Wirkung Cl - -Ionen: Al 2 O 3 (s) + 8Cl - (l) + 3H 2 O 2[AlCl 4 ] - (aq) + 6OH - (aq) Ergänzung:

34 34 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

35 35 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

36 36 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

37 37 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

38 38 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie Elektroden: Kupfer und Eisen Elektrolyt: H 2 SO 4 und KBrO 3 Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol: Fe Fe e - Pluspol: BrO e - + H + Br - + H 2 O Oetken, M. & Ducci, M.: Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie. In Praxis der Naturwissenschaften, 49 (2000) 1, S

39 39 Zink-Kohle-Batterie (Leclanché-Element) Elektroden: Zink und Kohle Elektrolyt: NH 4 Cl Trennschicht: Papier Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn e - Pluspol: MnO 2 + H + + e - MnO(OH) NH H2O NH 3 + H +

40 40 Alkali-Mangan-Batterie Elektroden: Zink und Braunstein Elektrolyt: Kalilauge (Alkali) Trennschicht: siehe Bild

41 41 Alkali-Mangan-Batterie Elektroden: Zink und Braunstein Elektrolyt: Kalilauge (Alkali) Trennschicht: ? Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn e - Zn OH - [Zn(OH) 4 ] 2- [Zn(OH) 4 ] 2- ZnO + 2OH - + H 2 O Pluspol: MnO 2 + H 2 O + e - MnO(OH) + OH - Gesamtreaktion: Zn + 2MnO 2 + H 2 O ZnO + 2MnO(OH)

42 42 Akkumulatoren

43 43 Akkumulatoren Zwei Vorgänge: Entladen Galvanisches Element Laden Elektrolyse Entladen + Pol (Katode) - Pol (Anode) Reduktion Oxidation Laden Umwandlung elektr. in chem. Energie Reduktion Oxidation Katode (- Pol) Anode (+ Pol)

44 44 Eisenakkumulator » Experiment «

45 45 Eisenakkumulator Elektroden: Kohle Elektrolyt: FeSO 4 (Fe 2+ ) Trennschicht: Tonmaterial

46 46 Bleiakkumulator (Autobatterie) Elektroden: Blei (Anode), Bleioxid (Kathode) Elektrolyt: H 2 SO 4 Trennschicht: ?

47 47 Bleiakkumulator (Autobatterie) Elektroden: Blei (Anode), Bleioxid (Kathode) Elektrolyt: H 2 SO 4 Trennschicht: ?

48 48 Umweltschutz

49 49 Akku ist leer!


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