EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

154 154 Alkalibatterie – Knopfzellen – Blei-Akkumulator 6.9 Elektrochemische Spannungsquellen Durch einen geeigneten Aufbau können freiwillig ablaufende Redox-Reaktionen für die kontrollierte Abgabe von elektrischer Energie benutzt werden. Kann das System nach Ablauf der Reaktion nicht wieder aufgeladen werden, spricht man von Batterien . Wieder aufladbare Systeme bezeichnet man als Ak- kumulatoren . Allen Spannungsquellen ist gemeinsam, dass sie einen Minuspol (Elektronenüberschuss c Ort der Oxidation – Anode) und einen Pluspol (Elekt- ronenmangel c Ort der Reduktion – Katode) besitzen. Neben festen Bestand- teilen (Elektroden) enthalten die Elemente dünn- oder dickflüssige Elektrolyte, die manchmal an der Reaktion beteiligt sind. Batterien Alkalibatterie Die Alkali-Mangan-Zelle oder auch umgangssprachlich Alkalibatterie wird in zahlreichen Haushaltsgeräten eingesetzt, etwa Fernbedienungen, Wanduhren oder Kinderspielzeug. Die häufigste Bauform ist die zylinderförmige Rundzelle in den Größen AA und AAA. Sie liefern beide eine Spannung von 1,5 V. Die Größe AA hat eine Kapazität von ungefähr 2,5 Ah (Amperestunden), die Größe AAA ungefähr 1,2 Ah. Bei der Alkali-Mangan-Zelle besteht die negative Elektrode aus Zink (Zn), die po- sitive aus Mangandioxid (MnO 2 ). Als Elektrolyt wird verdünnte Kalilauge (KOH) verwendet. Red.: MnO 2 + H 2 O + e – → MnOOH + OH – Ox.: Zn + 4 OH – → [Zn(OH) 4 ] 2– + 2e – Neben den angegebenen Reaktionsgleichungen finden je nach Temperatur und Entladung noch weitere, kompliziertere Reaktionen statt. Die Alkalibatterie wur- de unter anderem vom Österreicher Prof. Dr. Karl Kordesch entwickelt und 1960 patentiert. Knopfzellen Knopfzellen werden in vielen unterschiedlichen Größen verwendet. Hauptein- satzgebiete sind Uhren, Taschenrechner oder Hörgeräte. Je nach Anwendungs- gebiet unterscheiden sich der Aufbau und die zu Grunde liegende chemische Reaktion. Recycling Da Batterien zum Teil unweltschädliche Stoffe, aber auch wertvolle Rohstoffe enthalten, ist ein Recycling sowohl notwendig als auch wirtschaftlich sinnvoll. Batterien werden daher getrennt vom sonstigen Müll gesammelt. Akkumulatoren Bleiakkumulator Der Bleiakkumulator wird als „Autobatterie“ in Benzin- und Dieselfahrzeugen eingesetzt. Er liefert die für den Start des Motors notwendige Energie und wird während der Fahrt von der Lichtmaschine wieder aufgeladen. Zwei Sätze von parallel geschalteten Gitterplatten aus einer Bleilegierung bil- den einen Plattenblock, der in 30%ige Schwefelsäure taucht. Die Platten des ersten Satzes sind mit fein verteiltem Blei (Minuspol), die des zweiten Satzes mit Blei(IV)-oxid (Pluspol) gefüllt. Zwischen den Platten befinden sich säurefes- te Trennwände. Ein Plattenblock liefert eine Spannung von 2 V. Bei der Starter- batterie für Kraftfahrzeuge sind mehrere Plattenblöcke hintereinander geschal- tet. So erreicht man beim PKW eine Spannung von 12 V und beim LKW von 24 V. Die Kapazität liegt bei einem Bleiakku in einem modernen PKW bei 40 – 70 Ah. Abb. 154–3: Schema des Blei-Akkus Abb. 154–2: Schema einer Knopfzelle Abb. 154–1: Schematischer Vergleich Batterie – Akkumulator Energie Entsorgung Ausgangszustand (geladen) Endzustand (ungeladen) Energie Laden Ausgangszustand (geladen) Endzustand (ungeladen) Energie Entladen Batterie Akkumulator Deckel (Minuspol) Zinkpulver (Anode) Isoliermasse KOH (Elektrolyt) Separator Quecksilberoxid (Katode) Zellenbecher (Pluspol) 2 H 2 SO 4 2 H 2 O 2 H + Pb 2+ SO 4 2– Pb 2+ SO 4 2– 2 H + 2 OH – Pb PbO 2 Pb 4+ 2 O 2– Verbraucher 2e – 2e – 2e – 2e – Entladen Laden Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv