Ph 07

Technik

Batterien - Galvanische Zellen

Hinweis:
Zum Verständnis der Batterien sollte man schon etwas Elektro-Chemie beherrschen. Aber auch ohne "chemische Voraussetzungen" bekommst du von dieser Seite einen Eindrück über die Funktionsweise der Batterien.

Heutzutage dienen Batterien in zahlreichen Geräten (z.B. Belichtungsmesser, Uhr, Taschenlampe, usw.) als Spannungsquelle. Es gibt verschiedenste Batterietypen, von denen hier nur die weit verbreitete Zink-Kohle-Batterie näher besprochen werden soll. Ihr Aufbau geht auf den französischen Chemiker Georges Leclanché (1839 - 1882) zurück. Man bezeichnet eine Zn-C-Batterie auch als eine Primärbatterie, sie kann nur einmal entladen werden und ist dann unbrauchbar.

Batterieabfälle sind unter Umweltgesichtspunkten problematisch. Überlege also stets, ob der Einsatz von Batterien in einem Gerät unumgänglich ist.

Die übliche Zink-Kohle-Batterie besteht im wesentlichen aus einem Zinkbecher, in den eine eingedickte Salmiaklösung (NH₄Cl) und Braunstein (MnO₂) gefüllt sind. In diesem eingedickten Brei - man nennt diesen Batterietyp daher auch Trockenbatterie - steckt ein Kohlestift. Die Spannung einer frischen Zn-C-Zelle beträgt 1,5 V.

Bild der Firma Varta

Schneidet man eine stark gebrauchte Zn-C-Batterie (z.B. Monozelle) auf, so sieht man, dass der Zinkbecher stark zerfressen ist. Offensichtlich findet bei Stromentnahme eine Zersetzung des Zinks statt.

Im Folgenden wird eine möglichst einfache Erklärung für die Wirkungsweise der Batterie gegeben. Dabei soll zunächst auf die Verwendung chemischer Formeln verzichtet werden.

Das unedle Metall Zink löst sich im Elektrolyten (Salmiak) selbst auf, d.h. die Zinkelektrode gibt Zn⁺⁺-Ionen ab und lädt sich dadurch negativ auf.

Solange die Zinkelektrode nicht durch einen äußeren Stromkreis leitend mit dem Kohlestift verbunden ist, können die "überschüssigen" Elektronen der Zn-Elektrode nicht abfließen. Die negative Überschussladung der Elektrode verhindert den Austritt weiterer Zn⁺⁺-Ionen, es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein.

Die positiven, im Elektrolyten gelösten, Zinkionen laden diesen und den damit leitend verbundenen Kohlestab positiv auf. Es bildet sich eine Spannung von 1,5V zwischen den Elektroden aus.

Wird nun der äußere Stromkreis geschlossen, fließen die Elektronen der Zinkelektrode über den "Verbraucher" zur Kohleelektrode und ziehen dadurch die positiven Ionen zur Kohleelektrode.

Aufgrund der nun abgeflossenen Elektronen ist das Gleichgewicht an der Zinkelektrode gestört, es gehen weiter Zn⁺⁺-Ionen in Lösung. Dieser Vorgang dauert solange, bis entweder der äußere Stromkreis wieder unterbrochen wird oder der Elektrolyt keine Zn-Ionen mehr aufnehmen kann.

Wer sich für die genauere Beschreibung der chemischen Reaktionen interessiert, klicke die "Chemie-Seite" an. Diese Seite ist jedoch nur für "Daniel-Düstriebs" geeignet, die sich schon selbständig mit chemischen Formeln vertraut gemacht haben.

Gute Seiten über Batterien:

Firma Duracell: http://www.duracell.de/de-DE/wissenswertes/index.jspx
Firma Varta: http://static.varta-consumer.de/uploads/grs_welt_der_batterien.pdf
Österreichisches Schulportal: http://www2.schule.at/index.php (bei "Themen" das Thema "Batterie" auswählen)

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