Batterien / Akkumulatoren

Batterien sind galvanische Elemente, bei denen die Reaktionen, die den Stromfluss auslösen, nicht mehr rückgängig gemacht werden können.
Nach einer bestimmten Zeit ist die Batterie erschöpft und muss ausgetauscht werden.
Obwohl man mit Hilfe zweier Redoxpaare auf viele verschiedene Arten eine Stromquelle erhalten kann, sind aufgrund der hohen technischen Anforderungen, die eine Batterie stellt, nur wenige Reaktionen nutzbar.

Sie soll

eine hohe Spannung,
einen großen Energieinhalt besitzen ( - Kapazität)
auslaufsicher sein,
keine Gase abgeben und
eine große Lagerfähigkeit (geringe Selbstentladung) haben.

Verschiedene Arten von Batterien:

Trockenbatterie

Sie wird z.B. für Taschenlampen o.Ä. verwendet.
Die Spannung einer Zelle beträgt 1,5 Volt, wenn man aber mehrere Zellen hintereinander schaltet, kann man so ein vielfaches dieser 1,5 Volt erhalten.

Als Elektrode und Gefäß verwendet man ein Zinkblech, ein mit Braunsteinpulver umgebener Kohlestab bildet die andere Elektrode, als Elektrolyt nimmt man eine eingedickte Ammoniumchloridlösung

Wenn man sie länger benützt sammeln sich Reaktionsprodukte an den Elektroden, die die Spannung senken.
Nach dem Abschalten diffundieren die Reaktionsprodukte wieder von den Elektroden weg und die Batterie "erholt" sich wieder.
Irgendwann löst sich der Zinkmantel so weit auf, dass er löchrig wird und das Elektrolyt austritt, dann muss man die Batterie austauschen.
Damit das Gerät das man mit der Batterie betreibt nicht beschädigt wird, werden die Zellen noch mit einem Mantel aus Blech oder Kunststoff umgeben.

Alkali - Mangan - Batterie

Ähnlicher Aufbau wie Trockenbatterie, aber alkalischer Elektrolyt
Gleiche Zellspannung bei höherer Kapzität und geringerer Selbstentladung
Sie wird in den gleichen Bauformen hergestellt.

Quecksilberbatterien

Sie benutzen Zn als elektronenabgebende und HgO als elektronenaufnehmende Substanzen.
Die Zelle hat eine Spannung von 1,2 V, große Kapazität und geringe Selbstentladung
Sie wird meist in Knopfform hergestellt
Verwendet in Uhren, Taschenrechnern und Fotoapparaten
Wegen dem Quecksilbergehalt soll sie nicht in den Hausmüll geworfen werden!!!!

Lithiumbatterie

Sie ist eine Neuentwicklung

Durch das sehr unedle Lithium wird eine Zellspannung von 3,4 V erreicht, es muss aber ein wasserfreier Elektrolyt verwendet werden.
Auch Kapazität und Lebensdauer sind außergewöhnlich hoch.

Akkumulatoren sind galvanische Zellen (lat. accumulare = sammeln), die elektrochem. Reaktion kann jedoch durch Stromzufuhr Rückgängig gemacht werden.
→ elektrische Energie als chemische Energie gespeichert

Verschiedene Arten von Akkumulatoren:

Bleiakkumulator

Einfachste Ausführung: 2 Bleiplatten, die in etwa 20%ige Schwefelsäure getaucht werden.
Werden die Elektroden miteinander verbunden, fließen Elektronen vom Kathode zur Anode und beide Stoffe setzen sich mit der Schwefelsäure um.

Heute bestehen die Elektroden aus zwei mit schwammig - porösem Blei gefüllten Bleigittern. → Im geladenen Zustand ist das eine Gitter mit Blei, das andere mit Bleioxid gefüllt, im entladenen Zustand bildet sich an beiden Elektroden Bleisulfat.
Da in der Endphase des Ladevorgangs als unerwünschte Nebenreaktion Wasser elektrolysiert, muss jede Zelle eine Öffnung zum entweichen der Gase und zum Nachfüllen von Wasser haben!
NEU: wartungsfreie Akkumulatoren (Einbau eines Katalysators, Vermeidung best. Bleileg.)
Allmählicher Kapazitätsverlust wegen Umwandlung des Bleisulfats in eine andere, weniger reaktionsfähige Kristallform → Akku nicht im entladenen Zustand Aufbewahren!!!!

Vorteile des Bleiakkumulators: Billig, robust, hohe Stromentnahme möglich
Nachteile: Schlechtes Leistungs - Gewichtverhältnis
Verwendung: Bei Automotor

Nickel - Cadnium - Akkumulator

Auch NC - Akku

Wird hauptsächlich für kleinere elektrische Geräte verwendet
Hat zwar geringere Kapazität und nur eine Zellspannung von 1,2 V, kann aber auslaufsicher und gasdicht hergestellt werden.

Die Verbesserung bekannter und die Erforschung neuer Akkumulatorentypen ist wegen der technischen Verwertbarkeit (Elektroauto) ein intensiv bearbeitetes Gebiet.

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