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Nickel-Cadmium-Akkumulator
Katharina Höwedes
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Inhalt Allgemeines Aufbau im geladenen und entladenen Zustand
a) Geladener Zustand b) Entladener Zustand Funktionsweise bei Stromentnahme Ruhespannung Memory-Effekt Anwendung a) Offene Zellen b) Gasdichte Zellen Entsorgung Quellen
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Allgemeines wiederaufladbar Sekundärzelle
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Geladener Zustand am Minuspol am Pluspol
fein verteilter Cadmium (Cadmiumpulver) am Pluspol Nickel(III)-oxidhydroxid (NiO(OH)) Elektrolyt: 20%ige Kaliumhydroxid-Lösung Graphitpulver bessere Leitfähigkeit
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NiCd-Akkumulatoren enthalten im geladenen Zustand:
positive Elektrode: Kathode, da freiwillig ablaUFENDE RKT: : NiOOH negative Elektrode: Cd Separator Elektrolyt (meist 20%ige KOH)
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Entladevorgang (-)Anode: Cadmium wird zum Cadmiumhydroxid (Cd(OH)₂) oxidiert. Die Elektronen fließen zur (+)Kathode (+)Kathode: Nickel(III)-oxidhydroxid NiOOH wird zu Nickel(II)hydroxid Ni(OH)₂ reduziert
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Reationen Anode: Kathode: Gesamtreaktion:
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Entladener Zustand Bildung von Cadmium(II)-hydroxid und Nickel(II)-hydroxid beide unlöslich
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Ladevorgang Umgekehrter Ablauf der Reaktionen
Cadmium-Elektrode Minuspol Kathode Reduktion Nickelelektrode Pluspol Anode Oxidation
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Funktionsweise der Stromentnahme
poröse Wand (Separator) zur Trennung der beiden Metallelektroden Anode Elektronenüberschuss Kathode Elektronenmangel Verbraucher zum Abbau der Spannung Vorgänge im Elektrolyt: Oxidation + Reduktion Ionenstrom von der Kathode zur Anode
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Ruhezustand Zellspannung: Spannung im Stromlosen Zustand = Ruhespannung Begründung für die Ruhespannung: Die folgenden Redoxsysteme bilden die Halbzellen des Nickel-Cadmium-Akkumulators: Ni(OH)2/NiO(OH) E0(pH14) = + 0,49 V Cd/Cd(OH)2 E0(pH14) = - 0,81 V + 0,49 V – (- 0,81 V) = 1,3 V Ruhespannung = 1,3 V. Arbeitsspannung = 1,2 V.
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Memory-Effekt Aufladungen des Akkus vor dem vollständigen Entladen
Entstehung von Cadmiumkristallen an negativer Elektrode = zweite Entladestufe. Speicherung der 2ten Stufe als Entladestufe ("memory") Beim nächsten Entladevorgang Erinnerung an reduzierte Kapazität. Unvollständige Entladezyklen = Abnahme der Leistungsfähigkeit der Batterie/Akku Wichtig: vollständiges Entladen
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Anwendung a) Offene Zellen
Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) (Notstromversorgung) Stromversorgungssysteme für Notbeleuchtung In Luftfahrzeugen als Starterbatterie und Notstromversorgung b) Gasdichte Zellen Spielzeug Fotoapparate Elektrische Werkzeuge Fernbedienungen
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Entsorgung Kann nicht über den Hausmüll entsorgt werden!!!
Besondere Rücknahmesysteme NiCd-Akkus lassen sich wiederverwerten Cadmium kann durch Destillation zurückgewonnen werden
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Quellen Dr. K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, J. Teschner (2002). Tschenbuch der Chemie (19.,überarbeitete Auflage) DUDEN. (2005).Chemie Lehrbuch S II
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