81 49 Technische Ausführung galvanischer Elemente Häufig wird als kostengünstige Spannungsquelle das Zink-Kohle-Element mit etwa 10%iger Salmiaklösung als Elektrolyt verwendet. Wir bekommen also ein galvanisches Element, wenn wir eine Batterie oder einen Akku kaufen. Demonstrationsversuche: Ein Zink- und ein Kohlestab werden in eine Salmiaklösung eingetaucht. Das so entstandene Element wird an ein Voltmeter und ein passendes Glühlämpchen angeschlossen. Beobachte, wie lange das Glühlämpchen leuchtet, und achte auf die Anzeige des Voltmeters! Die Spannung des Elements nimmt rasch ab, das Glühlämpchen leuchtet nur kurze Zeit. Die Ursache dafür sind kleine Wasserstoffbläschen, die beim Fließen des elektrischen Stroms entstehen und sich am Kohlestab absetzen. Nun wird der Versuch mit einem Kohlestift, der sich in einem mit „Braunstein“ (Manganoxid MnO2) gefüllten Leinensäckchen befindet, wiederholt. Das Lämpchen leuchtet nun mit gleichbleibender Stärke. Was zeigt das Voltmeter? Die Entstehung von Wasserstoff kann mit Hilfe von Braunstein verhindert werden. Die Spannung bleibt nun längere Zeit konstant. Ein solches Element wird Leclanché-Element1 genannt (Abb. 49.1). Der Elektrolyt ist bei Trockenelementen mit Stärke eingedickt. Der mit einer Metallkappe versehene Kohlestift ist der Pluspol des Elements, die Zinkelektrode der negative Pol. Sie ist als Becher ausgeführt und gleichzeitig Behälter für den Elektrolyt. Der Zinkbecher ist vielfach von einem Stahl- oder Kunststoffmantel umgeben, um ein Auslaufen des Elektrolyten zu verhindern. Die Spannung einer solchen Zelle (Monozelle) beträgt etwa 1,5 V. Längere Entladungszeiten lassen sich mit der Alkali-Mangan-Zelle erreichen. Für Uhren, Fotoapparate, Taschenrechner usw. werden häufig kleine Knopfzellen verwendet. Meistens sind es Batterien, deren Pluspol aus Quecksilberoxid und deren Minuspol aus Zink besteht. Lithium-Batterien liefern eine Spannung bis ca. 3 V und sind umweltfreundlicher, weil sie kein Quecksilber enthalten. Zur Stromversorgung von Herzschrittmachern werden Lithium-Iod-Batterien verwendet. Je nach Anwendung ergeben sich unterschiedliche Bauformen (Abb. 49.2). Um höhere Spannungen zu erzielen, sind z. B. bei der Flachbatterie mehrere Zellen hintereinander geschaltet, sodass sich ihre Spannungen addieren. Dabei ist der positive Pol der einen Zelle mit dem negative Pol der nächsten verbunden (Abb. 49.3). Bei der Flachbatterie ist das lange Messingplättchen mit dem Zinkbecher der dritten Zelle verbunden und daher der Minuspol. Das kurze Metallplättchen ist am Kohlestift der ersten Zelle befestigt und daher der Pluspol. Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 49.1 Recherchiere, in welchen Geräten Batterien oder Akkus verwendet werden. 49.2 Das Lämpchen einer starken Taschenlampe wird mit einer Spannung von 9 V betrieben. Wie viele Monozellen zu je 1,5 V musst du einsetzen? Wie musst du sie schalten? Wofür werden Batterien und Akkumulatoren verwendet? 49.1 Querschnitt durch eine Zelle eines Trockenelementes (Monozelle) Kohlestab Bitumenverguß Metallkappe Elektrolytpaste (eingedickte Salmiaklösung) Depolarisator (Braunstein) Zinkbecher 49.2 Verschiedene Typen und Bauformen von Batterien 49.3 Aufbau einer Flachbatterie – + 1,5 V 1,5 V 1,5 V V 4,5 V + – + – + – Galvanische Zellen bestehen aus zwei verschieden beschaffenen Elektroden, die in einen Elektrolyt tauchen. Die Größe der Spannung hängt vom Elektrodenmaterial ab. 1 Georges Leclancé (1839–1882), französischer Chemiker und Batterieentwickler Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv
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