Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus

Präsentation zum Thema: "Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus"—  Präsentation transkript:

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

2 Übersicht Geschichte Grundlagen Batterien Akkumulatoren Umweltschutz
Bildungsplanbezug

3 Ohne Batterien und Akkus nichts los

4 Ohne Batterien und Akkus nichts los

5 Historisches Luigi Galvani ( )

6 Historisches Alessandro Volta ( )

7 Historisches Elektroskop Volta‘scher Becher Zn Cu

8 Historisches Hintereinanderschaltung Volta‘sche Säule

9 Historisches Volta-Säule (1800)

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

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

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

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

14 Übersicht

15 anziehend ...

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

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 Galvanische Element Redoxreaktion Cu + 2Ag Cu Ag

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

21 Zitronenbatterie » Experiment «

22 Die Zitronenbatterie Elektroden: Kupfer und Zinn/Zink
Elektrolyt: Zitronensäure Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol : Sn Sn2+ + 2e- Pluspol : H+ + 2e H2

23 Die Zitronenbatterie

24 Daniell-Element » Experiment «

25 Daniell-Element Elektroden: Kupfer und Zink
Elektrolyt: CuSO4 und ZnSO4 Trennschicht: Tonmaterial Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn2+ + 2e- Pluspol: Cu2+ + 2e Cu

26 Daniell-Element

27 Daniell-Element

28 Daniell-Element Quantitative (mathematische) Betrachtung:
E=E0 + 0,059V lg c(Mz+) 2 Halbzelle Cu2+/Cu: mit c(Cu2+) = 1 mol/l U=E0= 0,34V Halbzelle Zn2+/Zn: mit c(Zn2+) = 1 mol/l U=E0= -0,76V U=U(Cu2+/Cu) - U(Zn2+/Zn) =0,34V - (-0,76V) = 1,1V

29 ”Mac Gyver- Batterie”

30 Aluminium-Luft-Batterie

31 Aluminium-Luft-Batterie
Elektroden: Aluminium und Kupfer Elektrolyt: NaCl Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol: Al (S) Al3+(aq) + 3e- Pluspol (Cu): O2 (aq) +2H2O (l) + 4e OH- (aq)

32 Elektrochemische Spannungsreihe

33 Aluminium-Luft-Batterie
Ergänzung: Minuspol: Al (S) Al3+(aq) + 3e- Wirkung Cl--Ionen: Al2O3 (s) + 8Cl- (l) + 3H2O 2[AlCl4]- (aq) + 6OH- (aq)

34 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

35 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

36 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

37 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

38 Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie
Elektroden: Kupfer und Eisen Elektrolyt: H2SO4 und KBrO3 Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol: Fe Fe2+ + 2e- Pluspol: BrO3- + 6e- + H Br- + H2O Oetken, M. & Ducci, M.: Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie. In Praxis der Naturwissenschaften, 49 (2000) 1, S

39 Zink-Kohle-Batterie (Leclanché-Element)
Elektroden: Zink und Kohle Elektrolyt: NH4Cl Trennschicht: Papier Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn2+ + 2e- Pluspol: MnO2 + H+ + e MnO(OH) NH4+ + H2O NH3 + H+

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

41 Alkali-Mangan-Batterie
Elektroden: Zink und Braunstein Elektrolyt: Kalilauge (”Alkali”) Trennschicht: ? Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn2+ + 2e- Zn OH [Zn(OH)4]2- [Zn(OH)4] ZnO + 2OH- + H2O Pluspol: MnO2 + H2O + e MnO(OH) + OH- Gesamtreaktion: Zn + 2MnO2 + H2O ZnO + 2MnO(OH)

42 Akkumulatoren

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

44 Eisenakkumulator » Experiment «

45 Eisenakkumulator Elektroden: Kohle Elektrolyt: FeSO4 (Fe2+)
Trennschicht: Tonmaterial

46 Bleiakkumulator (Autobatterie)
Elektroden: Blei (Anode), Bleioxid (Kathode) Elektrolyt: H2SO4 Trennschicht: ?

47 Bleiakkumulator (Autobatterie)
Elektroden: Blei (Anode), Bleioxid (Kathode) Elektrolyt: H2SO4 Trennschicht: ?

48 Umweltschutz

49 Akku ist leer!