Elektrizitätslehre

Elektrische Grundgrößen

Strom aus der Dose

  • Was bedeuten eigentlich Volt …
  • … und Ampère?
  • … und was hat es mit dem OHMschen Gesetz auf sich?
  • Wie funktionieren elektrische Messgeräte?

Strom aus der Dose

Ziel des Versuchs

  • Bau einer "Dosenbatterie" zum Betrieb eines Motors
  • Demonstration des Funktionsprinzips einer galvanischen Zelle
  • Messung von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom

Versuchsmaterial

Material für den Versuch Strom aus der Dose
Abb.
1
Material für den Versuch

Für den Versuch benötigst du

  • eine Aluminiumdose
  • eine Kohleelektrode
  • einen kleinen Motor (mit niedriger Anlaufspannung)
  • Kochsalz
  • 2x Kabel, Klemmen, Schmirgelpapier, Klebeband oder Knete, Salz, Wasser und eine scharfe Schere
  • evtl. ein Multimeter

Hinweis: Es gibt Dosen aus Weißblech und Dosen aus Aluminium. Die Unterscheidung gelingt dir am einfachsten mittels Magnet: an einer Weißblechdose haftet der Magnet, an einer Dose aus Aluminium nicht.

Versuchsaufbau

Zunächst entfernst du die Oberseite der Dose mithilfe der Schere (oder eines Seitenschneiders). Vorsicht: Es entstehen scharfe Kanten! Klebe diese am besten mit Klebeband ab, damit du dich nicht verletzt. Lass nur ein kleines Stück frei, um später eine Krokodilklemme anschließen zu können. Anschließend schmirgelst du die Innenseite der Dose einmal kräftig mit dem Schmirgelpapier ab. 

Nun gibst du eine gute Portion Salz in die Dose, füllst die Dose zu 3/4 mit Wasser und rührst kräftig um. Jetzt isolierst du ein Ende der Kohleelektrode indem du es mit Knete oder Klebeband ummantelst. Das andere Ende der Elektrode schließt du mit einer Krokodilklemme an ein Kabel an und verbindest dieses mit dem Motor. Ein zweites Kabel befestigst du mit einer Krokodilklemme am Rand der Dose und schließt es an den zweiten Kontakt am Motor an.

Versuchsdurchführung

Nun bringst du den vorbereiteten und unten mit Knete ummantelten Kohlestab in der Dose und damit ins Salzwassser. Dabei darf der Kohlestab die Aluminiumdose nicht direkt berühren.

Versuchsbeobachtung

Strom aus der Dose eine Alu Luft Batterie

Abb. 2 Aufbau und Durchführung im Video

Versuchsauswertung

Die stattfindenden chemischen Reaktionen am Aluminium, das die Anode darstellt, und der Kohleelektrode, die die Kathode ist, sorgen für einen Stromfluss, der groß genug ist, um einen kleinen Elektromotor anzutreiben.

Reaktionsgleichungen

Dabei wird Aluminium oxidiert, gibt also Elektronen ab: \[\rm{Al}+3\rm{OH}^{-}\rightarrow\rm{Al}\left(\rm{OH}\right)_3+3\rm{e}^{-}\]

An der Kathode aus Kohlenstoff läuft folgende Reaktion ab:

\[\rm{O}_2+2\rm{H}_{2}\rm{O}+4\rm{e}^{-}\rightarrow 4\rm{OH}^{-}\]

Zusammen findet also folgende Redoxreaktion statt:

\[4\rm{Al}+3\rm{O}_{2}+6\rm{H}_2\rm{O}\rightarrow 4\rm{Al}\left(\rm{OH}\right)_3\]

Verständnisaufgabe

Begründe, warum die "Dosenbatterie" den Motor nicht fortlaufend antreiben kann, sondern der Motor nach einiger Zeit stehen bleiben wird.

Lösung

Bei der Dosenbatterie (Alu-Luft-Batterie) wird der Stromfluss dadurch erzeugt, dass Alumium nach und nach oxidiert wird. Dabei wird es quasi "verbraucht". Die Dosenbatterie funktioniert also nur so lange, bis das Aluminium der Dose vollständig oxidiert ist. Dann bleibt der Motor stehen. Jedoch nimmt die Leistung, die der Batterie entnommen werden kann, mit fortlaufender Oxidation des Aluminiums ab, sodass in der Praxis der Motor schon stehen bleiben wird bevor das Aluminium der Dose vollständig oxidiert ist.

Vor- und Nachteile

  • Optimal gestaltete Aluminium-Luft-Batterien können bei gleichem Gewicht etwa 8-mal soviel Energie liefern wie typische Lithium-Ionen-Akkus.
  • Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus kann eine solche Aluminium-Luft-Batterie nicht wieder elektrisch aufgeladen werden, sondern das Aluminium und die leitende Flüssigkeit (Elektrolyt) müssen ersetzt werden.
  • Ihre Nutzung ist aufgrund der nicht Wiederaufladbarkeit oft unpraktisch und teuer.
Druckversion