Elemente und Moleküle, Schulbuch

74 4 ANoRGANISCHe ReAKtIoNStYPeN Zum Unterschied von den Primärzellen liegt die Rücklaufquote für Alt-Blei-Akkus bei fast 100 %. Beim Recycling wird zuerst die Schwefelsäure entnommen und neutra- lisiert. Der Kunststoffanteil wird verbrannt und liefert einen Teil der Energie, die für die Reduktion der Bleiverbindungen notwendig ist. Der Nickel-Cadmium-Akkumulator Der Aufbau des Nickel-Cadmium-Akkus wird in Abb. 74.1 gezeigt. Die Elektroden be- stehen aus Stahl-Nickel-Blechen als Träger. Der Minuspol ist mit Cadmium, der Plus- pol mit einem basischen Nickel(III)-oxid überzogen. Als Elektrolyt kommt Kalilauge zum Einsatz. Reaktionen: Red.: 2 NiO(OH) + 2 H 2 O + 2 e – → 2 Ni(OH) 2 + 2 OH – Ox.: Cd + 2 OH – → Cd(OH) 2 + 2 e – Die Spannung eines solchen Akkumulators beträg ca. 1,3 V. Vorteile des Nickel-Cadmium-Akkus gegenüber dem Blei-Akku sind die größere me- chanische Festigkeit, die Unempfindlichkeit gegen große Stromstöße, die gute La- gerfähigkeit im entladenen Zustand, die Wartungsfreiheit und eine gute Wiederauf- ladbarkeit (bis zu 1000 mal). Die Entsorgung schafft durch das giftige Cadmium allerdings Umweltprobleme. Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren In Nickel-Metallhydrid-Zellen wird in einem basischen Elektrolyt (meist Kalilauge) an der Anode Wasserstoff zu Wasser oxidiert und gleichzeitig an der Nickel-Katode dreiwertiges Nickeloxid-Hydrat zu zweiwertigem reduziert (Abb. 74.3). Die Anode besteht aus einer Legierung aus Nickel und Seltenen Erden (Lanthanoide, also zB Cer, Lanthan, Neodym, Praseodym) und dient lediglich als Wasserstoffspeicher. Grob vereinfacht ergibt sich die Gesamtreaktion (La = Lanthanide): Red.: NiOOH + 2 H 2 0 + e – → Ni(OH) 2 + OH – / • 6 Ox: LaNi 5 H 6 + 6 OH – → LaNi 5 + 6 H 2 O + 6e – Nachteilig ist die recht hohe Selbstentladung und der im Vergleich mit Nickel-Cad- mium-Akkumulatoren relativ hohe Herstellungspreis. Lithium-Ionen-Akkus Lithium-Ionen-Akkus werden auch Ionentransfer-Batterien genannt, da beim Lade- und Entladeprozess Lithiumionen zwischen den beiden Elektroden transferiert wer- den. Als Katode dient Lithium-Cobaltoxid; im entladenen Zustand ist das Cobalt dreiwertig, im geladenen Zustand vierwertig. Die Anode wird durch eine sehr feine Kohlenstoffmatrix (Blähgrafit oder Kohlenstoffpulver) gebildet, in die sich Lithium- Ionen einlagern können. Ähnlich wie bei den Lithiumbatterien verwendet man auch hier als Elektrolyt orga- nische Lösungsmittel mit Lithiumsalzen. Durch den hohen Preis beschränkt sich die Anwendung derzeit auf Handys und Notebooks. Auch an der Entwicklung und Erschließung von weiteren Einsatzmög- lichkeiten des Lithium-Ionen-Akkus wird noch gearbeitet. Spezialakkus für High-Tech-Geräte In vielen High-Tech-Geräten (Handys, Notebooks, Digitalkameras, Videorecorder usw.) werden an Stelle von Standardakkus oder Batterien Spezialakkus eingesetzt. Diese sind von Hersteller zu Hersteller und häufig auch noch von Gerät zu Gerät verschieden. Die Geräte können jeweils nur genau mit dem zugehörigen Spezialak- ku betrieben werden. Diese Spezialakkus sind meistens aus einer oder mehreren in Serie geschalteten Li-Ionen-Zellen aufgebaut. Wenn Spezialakkus aus mehreren Zellen an Leistungsfähigkeit verlieren oder ganz ausfallen, so ist meistens nur eine einzige Zelle defekt. Eine Reparatur ist praktisch nicht möglich, sodass jeweils der ganze Akku ersetzt werden muss. Zellendeckel (Pluspol) Dichtungsring Isolierscheibe NiO(OH) (positive Elektrode) Separator mit KOH (Elektrolyt) Cd (negative Elektrode) Zellenbecher (Minuspol) Sicherheits- ventil Deckel Katodenanschluss Separator Dichtung isolierende Scheibe Becher Anoden- anschluss Kunststoff- film isolierende Scheibe Wickeldorn Katode Anode Abb. 74.2: Akkus von elektronischen Geräten Abb. 74.3: Aufbau eines NiMH-Akkus Abb. 74.1: Schema eines NiCd-Akkus Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv