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

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Ohne Batterien und Akkus nichts los

Ohne Batterien und Akkus nichts los

Historisches Luigi Galvani (1737-1798)

Historisches Alessandro Volta (1745-1827)

Historisches Elektroskop Volta‘scher Becher Zn Cu

Historisches Hintereinanderschaltung Volta‘sche Säule

Historisches Volta-Säule (1800)

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

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

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

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!

Übersicht

anziehend ...

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.

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

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«

Galvanische Element Redoxreaktion Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2 Ag

Galvanische Element - Pol + Pol e- Redoxreaktion Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2 Ag

Zitronenbatterie » Experiment «

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

Die Zitronenbatterie

Daniell-Element » Experiment «

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

Daniell-Element

Daniell-Element

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

”Mac Gyver- Batterie”

Aluminium-Luft-Batterie

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

Elektrochemische Spannungsreihe

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

Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie

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.16-17.

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+

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

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

Akkumulatoren

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

Eisenakkumulator » Experiment «

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

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

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

Umweltschutz

Akku ist leer!