Leseprobe
Leclanché - Element: eine Trockenbatterie
- eine Primärbatterie, d.h. nicht wieder aufladbar
- Begriffe "Trockenbatterie" und "Flüssigkeitsbatterie" beschränken sich auf Primärsysteme; stammen aus der Frühzeit der Entwicklung galvanischer Elemente
- Flüssigkeitszelle: elektrolytgefüllter Glasbehälter, in den elektrochemisch aktive Elektroden eingetaucht wurden
- später entstanden kippsichere, lageunabhängige Zellen, basierend auf pastenförmigen Elektrolyten: Trockenbatterien
- heute alle Primärbatterien gleichzeitig auch Trockenbatterien
- In Gegensatz zu vielen moderneren Batterien nicht quecksilberhaltig, also weniger umweltschädlich, aber auch nicht so leistungsfähig
Geschichte:
- um 1865 entwickelt vom franz. Chemiker Georges Leclanché, 1867 bei Weltausstellung in Paris vorgestellt
- besonders: keine Elektrolytlsg., sondern Elektrolytpaste, dadurch ist die Zelle ,,trocken" und halbwegs auslaufsicher
Bestandteile:
- Zink-Becher (Minuspol)
- Kohlestab (Pluspol) in der Mitte
- umgeben von feuchter Paste aus Braunstein, Ruß (Graphit-Pulver), Ammoniumchlorid und Stärke
- Braunstein (Mangandioxid) - Oxidationsmittel
- Ruß - erhöhen der elektrischen Leitfähigkeit der Zelle · Ammoniumchlorid - Elektrolyt
- Stärke - Verdickung des Gemisches zu einer Paste
Ablauf folgender Reaktionen:
MINUSPOL: Oxidation von Zink:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
PLUSPOL: Reduktion von Mangandioxid:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
- durch Bildung von Hydroxid-Ionen am Pluspol: steigen des pH-Wertes, sinken der Potenzialspannung des Redoxpaares MnOOH/MnO2
- gasförmiges Ammoniak am Pluspol isoliert die Kohle-Elektrode von der Umgebung,
dadurch ansteigend des Widerstands in der Zelle, dadurch Abnahme der Stromstärke nach langem Betrieb
- ,,erholen" der Zelle bei Betriebspause, weil NH3 durch Zelle diffundiert und mit Zink-Ionen am Minuspol zu Aminokomplexen reagiert und dann mit Chloridionen schwer lösliche Salze bildet:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
- außerdem: Bildung von schwer löslichem Zinkhydroxid; ,,altern" des Zinkhydroxids zu Zinkoxid nach einiger Zeit:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
- nach längerer Zeit nicht mehr auslaufsicher; da Zinkbecher porös wird, Wasserbildung bei ,,altern" des Zinkhydroxids, das auslaufen kann
- dadurch ist Zelle auch immer umgeben von einem abgedichteten Stahlmantel
Einflüsse auf die Zelle
- Temperatur hat den größten Einfluß auf das Lade- und Entladeverhalten von Batterien
- Grund: elektrochemische Reaktionen temperaturabhängig
- fallende Temperatur: Abnahme der Geschwindigkeit der Elektrodenreaktion; dadurch sinken von Strom und Batterieleistung bei konstanter Batteriespannung (steigend: umgekehrt)
- ebenfalls temperaturabhängig: Geschwindigkeit des notwendigen Stofftransports innerhalb des Elektrolyten und seiner porösen Elektroden:
- steigende Temperatur - verbessern des Stofftransports (fallend: langsamer)
- im gleichen Sinne verbessert oder verschlechtert sich das Lade-/Entladeverhalten der Batterie
Eine Variation: das Zink-Luft-Element
- Braunstein/Ruß-Gemisch wird durch Aktivkohle/Ruß-Gemisch ersetzt, das mit der Luft in Verbindung steht
- an der katalytisch wirkenden Aktivkohle wird Sauerstoff reduziert: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
- Elektrolylsg.: eingedickte Ammoniumchloridlsg. oder Kalilauge
- Einsatz: Stromversorgung von Weidezaungeräten oder Baustellenlampen
Probleme und Innovationen
- ,,Auslaufen" (Elektrolytaustritt) war ärgerliche, entladungsbedingte Nebenerscheinung von Zink-Kohle-Batterien
- seit den 80er Jahren wird verbesserte Version der Zink-Kohle-Batterie angeboten, die Lecks durch eine zusätzliche äußere Papierhülse vermeidet
- seit 1968 außerdem Einsetzung eines anderen Elektrolyten: Zinkchloridlösung anstatt Ammoniumchloridlsg., bei der ein Reaktionsprodukt entsteht, das Wasser bindet:
Zinkchlorid-Batterien
MINUSPOL:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
PLUSPOL:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Gesamtreaktion:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
- das gebildete Wasser wird als Kristallwasser gebunden, kann nicht auslaufen
- weitere Eingrenzung des Auslaufproblems durch Alkali-Mangan-Batterien
Verwendung:
- Zellspannung im unbelasteten Zustand: U = 1,5 V
-sinken der Spannung bei Betrieb
- dienen der elektrischen Energieversorgung tragbarer, netzunabhängiger Geräte
-gehörte bis zum Ende der siebziger Jahre zu den meist benutzten Batterietypen
-heute für Taschenlampen, Spielzeug, elektrische Kleingeräte gebraucht
-Form: runde R20 Batterie
- Arbeit zitieren
- Wenke Christoph (Autor:in), 2000, Trockenbatterie bzw. Leclanché-Element, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/99624
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Kommentare
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Wo ist eine ausführliche Skizze? Einige Formeln sind nicht ganz korrekt. Wo liegt der Ursprung?