Chemie-Batterien-PowerPoint

Melike Erden 09.02.2021

Batterien

INHALT

1. Aufbau einer Batterie

2. Die Funktion einer Batterie

3. Das Prinzip der galvanischen Zellen

4. Lade-und Entladevorgänge einer Batterie

5. Vor-und Nachteile einer mobilen Energiequelle

Aufbau einer Batterie

• Eine Batterie besteht aus einer oder mehreren galvanischen Zellen, also Zellen, die chemische Energie speichern und elektrische Energie abgeben können
• Umschlossen wird die Batterie von einer Metallhülle, die als Pluspol fungiert. An der Unterseite ist die Hülle vorerst offen
• Am Rand der Batterie befindet sich Mangan, das die positive Elektrode, auch Kathode genannt, darstellt
• Durch einen Seperator, zum Beispiel aus einem papierähnlichen Stoff, von der Kathode getrennt befindet sich die negative Elektrode, die Anode. Sie besteht aus Zink
• Beide Bereiche, Kathode und Anode, sind mit Kalilauge getränkt. Sie bildet ein Elektrolyt, das die Leitfähigkeit der Materialen verbessert
• In der Zinkmasse in der Mitte der Batterie befindet sich ein Metallstift, der den Kontakt zu einer Metallplatte an der Unterseite herstellt
• Die Metallplatte an der Unterseite bildet den Minuspol und schließt die Batterie nach unten ab. Sie ist durch einen Isolator vom Pluspol und der Kathode getrennt

Die Funktion einer Batterie

• Zink ist ein Metall, das der Chemiker unedel nennt. Es tendiert dazu, Elektronen abzugeben. Mangan hingegen ist ein edles Metall, es nimmt Elektronen auf
• Werden nun beide Bereiche, Kathode und Anode miteinander verbunden, gibt das mit Kalilauge getränkte Zink über den Leiter Elektronen an das Mangan ab
• Die Elektronen in der Zinkmasse entstehen durch eine Reaktion des Zinks mit der Kalilauge zu Zinkhydroxid und zwei Elektronen
• Danach oxidiert das Zinkhydroxid weiter zu Zinkoxid und Wasser
• Die Batterie ist leer, wenn das gesamte Zink mit der Kalilauge zu Zinkoxid und Wasser oxidiert ist und alle freien Elektronen abgegeben hat

Das Prinzip der galvanischen Zellen

- Eine Batterie die Zusammenschaltung mehrerer galvanischer Zellen. Die Batterie ist ein elektrochemischer Stromspeicher, bei dessen Entladung durch die sogenannte Redoxreaktion chemische Energie in elektrische Energie gewandelt wird - Es lassen sich nicht wiederaufladbare Primärbatterien von wiederaufladbaren Sekundärbatterien (Akku) unterscheiden. Bei letzteren ist die Entladereaktion weitestgehend umkehrbar, sodass der oben beschriebene Prozess mehrfach ablaufen kann - Die Funktion der galvanischen Zellen beruht auf einer Redoxreaktion, bei der Reduktion und Oxidation räumlich getrennt voneinander in je einer Halbzelle ablaufen. Durch die Verbindung beider Zellen mit einem Ionen- und einem Elektronenleiter wird der Stromkreis geschlossen. Die entstehende Spannung hängt von der Art des Metalls und dessen Konzentration ab

Ladevorgänge UND entladevorgänge

• Beim Aufladen des Akkumulators wird elektrische Energie aus dem Netz in chemische Energie umgewandelt und darin gespeichert

• Beim Entladen des Akkus kann die elektrische Energie dann wieder entnommen werden. Ein klassisches Beispiel ist der Bleiakkumulator, der als Starterbatterie für Autos verwendet wird. Beim Laden laufen in einem Elektrolyseprozess an den Elektroden folgende Prozesse ab: An der Anode wird zweiwertiges Blei zu vierwertigem oxidiert und an der Katode werden Blei(II)-Ionen zu metallischem Blei reduziert

• Beim Entladen laufen die Reaktionen freiwillig in umgekehrter Richtung ab. Die Zellspannung beträgt im geladenen Zustand 2,04 V.

• In handelsüblichen Starterbatterien sind sechs Zellen hintereinandergeschaltet, um eine Zellspannung von etwa 12 V zu erreichen. Bleiakkumulatoren können eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren erreichen. Wegen ihres hohen Gewichts sind sie aber nur begrenzt einsetzbar

Vor-und Nachteile

• deutlich geringere Emissionen als konventionelle Energieträger

• geringere Abhängigkeit von Energieimporten

• hohe Investitionskosten: Anlagen, Netze und Infrastruktur

• schlechtere Verfügbarkeit – zumindest ohne Speicher (Tag/Nacht, Sommer/Winter)

Danke für ihre aufmerksamkeit