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Galvanische Zelle

Im Alltag kennen wir es alle, Handy, Fernbedienung, Musikbox oder auch Powerbanks sind unsere täglichen Begleiter oder werden zumindest vielfach benötigt. Aber damit diese Dinge überhaupt tragbar sind und Strom speichern können, benötigen sie eine Batterie beziehungsweise Akkus. Batterien und Akkus sind alle auf die galvanische Zelle zurückzuführen und mehr darüber erfährst Du hier!

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Galvanische Zelle

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Im Alltag kennen wir es alle, Handy, Fernbedienung, Musikbox oder auch Powerbanks sind unsere täglichen Begleiter oder werden zumindest vielfach benötigt. Aber damit diese Dinge überhaupt tragbar sind und Strom speichern können, benötigen sie eine Batterie beziehungsweise Akkus. Batterien und Akkus sind alle auf die galvanische Zelle zurückzuführen und mehr darüber erfährst Du hier!

Galvanische Zelle Aufbau

Ein galvanisches Element, auch galvanische Zelle genannt, ist ein System, in dem chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei besteht das galvanische Element immer aus zwei Halbzellen, welche aus einer Elektrolytlösung und einer sich darin befindlichen Elektrode.

Hier siehst Du ein Zelldiagramm einer galvanischen Zelle. Dabei können die Komponenten der galvanischen Zelle variieren, hier ist ein Daniell-Element gezeigt, welchen aus den Elementen Kupfer und Zink besteht.

Galvanisches Element Zelldiagramm StudySmarterAbbildung 1: Das Daniell Element als Beispiel für die galvanische Zelle

Hier siehst Du eine Abbildung der galvanischen Zelle am Beispiel des Daniell-Elements. Dazugehören die beiden Gefäße, die hier mit den Elektrolytlösungen Zinksulfat (ZnSO4-) und Kupfersulfat (CuSO4-) gefüllt sind. Zusammen mit den darin liegenden Elektroden, die jeweils aus dem reinen Metall, welches sich auch in der Lösung befindet, besteht. Hier in diesem Fall wäre das eine Zinkelektrode im Zinksulfat und eine Kupferelektrode im Kupfersulfat.

Die beiden Gefäße, die je eine Halbzelle darstellen, sind über eine sogenannte Salzbrücke verbunden. Eine Salzbrücke besteht meist aus einem Rohr, welches mit einer Salzlösung wie Kaliumchlorid gefüllt ist. Die Salzbrücke dient dazu, Anionen zwischen Elektrolytlösungen der beiden Halbzellen hin und her zu leiten.

Funktionsweise der galvanischen Zelle

Eine galvanische Zelle funktioniert, indem an der einen Elektrode eine Elektronenabgabe, also eine Oxidation und an der anderen Elektrode eine Elektronenaufnahme, also Reduktion stattfindet.

Die bei der Oxidation frei werdenden Elektronen wandern dann über die Salzbrücke zur Halbzelle, wo die Reduktion stattfindet. Auf diesem Weg der Ionen über die Salzbrücke entsteht ein Strom, der mit einem Spannungsmessgerät gemessen werden kann. Dieser entstandene Strom kann dann für die erwähnten Beispiele in Batterien und Akkus genutzt werden.

Als Eselsbrücke, wie Du die Oxidation, Reduktion, Anode und Kathode miteinander verbinden kannst, dient die sogenannte "OMA".

"OMA" steht für:

  • Oxidation
  • Minuspol
  • Anode

Diese drei Begriffe gehören zu einer der Elektroden, dessen Element unedler ist.

So kannst Du Dir dann im Umkehrschluss merken, dass Reduktion, Pluspol und Kathode zusammengehören.

Galvanische Zelle – das Standardpotential und dessen Rolle

Das Standardpotential bestimmt, an welcher Elektrode die Oxidation und an welcher die Reduktion stattfindet.

Dabei kannst Du Dir ganz einfach merken: Je höher/positiver das Standardpotential eines Elements ist, desto edler ist es. An dem edleren Element findet immer die Reduktion statt, also dort werden immer Elektronen aufgenommen.

Das Standardpotential bestimmt man, indem die Halbzelle eines Elements mit einer Standard-Halbzelle verbunden wird. Diese Standard-Halbzelle ist eine Wasserstoffhalbzelle, welche als Elektrolytlösung Hydronium (H3O+) besitzt und dort stellt Platin die Elektrode dar.

In dieser Konstellation wird dann mithilfe eines Spannungsmessgeräts der fließende Strom gemessen. Das ist dann auch der Wert für das Standardpotential. Wenn das Standardpotential positiv ist, nimmt das entsprechende Element Elektronen auf. Wenn es negativ ist, dann gibt das Element Elektronen ab.

Grundsätzlich sind die Standardpotentiale in einer Tabelle zusammengefasst, wo Du sie ablesen kannst, denn diese verändern sich für die einzelnen Elemente nicht.

Galvanische Zelle – Tabelle der Standardpotentiale

Hier kannst Du nun die einzelnen Standardpotentiale für die Elemente sehen.

Am Anfang der Tabelle steht die Reaktionsgleichung, welche auf den Wert 0 als Standardpotential genormt wurde. Im Bezug zu dieser Halbzelle wurde das Standardpotential für alle anderen Halbzellen bestimmt.

H2 + 2 H2O 2H3O+ +2e- 0
Reduzierte Form Oxidierte Form+ ze-Standardpotential Eo in V
Li Li++ e--3,040
K K++ e--2,925
Ca Ca2++ 2e--2,87
Na Na++ e--2,71
Mg Mg2++ 2e--2,36
Al Al3++ 3e--1,66
Mn Mn2++ 2e--1,18
Zn Zn2++ 2e--0,76
Fe Fe3++ 3e--0,036
Cu+ Cu2++ e-+0,15
Cu Cu2++ 2e-+0,34
2 I- I2+ 2e-+0,54
Fe2+ Fe3++ e-+0,77
Ag Ag++ e-+0,80
2 Br - Br2+ 2e-+1,07
6 H2O O2 + 4 H3O++ 4e-+1,23
2 Cl- Cl2+ 2e-+1,36
Au Au3++ 3e-+1,50

Geh den ganzen Prozess mal anhand des Beispiels des Daniell-Elements durch. Zunächst hast Du die Standardpotentiale von Kupfer und Zink, die Du der Tabelle entnehmen kannst:

Cu = +0,34 V

Zn = -0,76 V

Dadurch weißt Du jetzt, dass Kupfer Elektronen aufnimmt, da es das edlere Metall ist und dass Zink Elektronen abgibt, da es mit dem negativen Standardpotential unedler ist. An der Anode, also der Zinkelektrode, läuft die Oxidation ab, bei der zwei Elektronen frei werden:

ZnZn2+ +2e-

Diese freien Elektronen werden von dem elementaren Zink, welches direkt von der Elektrode kommt, abgegeben. Das übrig gebliebene Zink-Kation (Zn2+) gelangt in die Elektrolytlösung. Die freigewordenen Elektronen wandern hingegen über die Salzbrücke, wodurch Strom entsteht, der genutzt werden kann.

Danach geht es für die Elektronen weiter zur Kathode, die hier aus Kupfer besteht. An der Kathode binden sich die Elektronen Cu2+ aus der Elektrolytlösung und schlagen sich dadurch als elementares Kupfer an der Elektrode nieder.

Cu2++2e-Cu

Durch die Oxidation von Zink löst sich die Elektrode immer weiter auf, während durch die Reduktion an der Kathode, die Elektrode immer weiter an Volumen zunimmt.

Galvanische Zelle – Berechnung der Potentialdifferenz

Jedoch gibt jede unterschiedlich zusammengesetzte galvanische Zelle eine andere Menge an Strom bzw. Spannung (U) ab. Diese kannst du jedoch ganz einfach mit folgender Gleichung berechnen:

ΔE0 = E0 (Kathode) E0 (Anode)

Dafür benötigst du einfach nur die Standardpotentiale der beiden verwendeten Halbzellen und ziehst den Wert der Anode vom Wert der Kathode ab.

Wenn du das wieder am Beispiel des Daniell-Elements berechnest, würde das so aussehen:

ΔE0 = E0 (Kathode) E0 (Anode) ΔE0 = 0,34 V (-0,76 V ) ΔE0 = +1,1 V

Galvanische Zelle Reaktionsgleichung

Die Formel von Nernst zeigt, wie das Redoxpotential durch Änderungen der Reaktantenkonzentrationen in der Reaktion beeinflusst wird. Damit verändert sich auch die Fähigkeit zu oxidieren oder zu reduzieren.

Heißt, durch die Änderung der Konzentration von beispielsweise der Elektrolytlösung in einer der Halbzellen, ändert sich auch das Redoxpotential.

Das Redoxpotential ist die Spannung, die zwischen den beiden Halbzellen einer galvanischen Zelle bei der Entladung vorliegt.

Die Nernst-Gleichung lautet:

E=E0+R×Tn×F×lnc(Ox)c(Red)

Dabei steht E0 für das Standardpotential des Redoxpaares, R ist die Gaskonstante, welche immer den Wert 8,314 Jmol · K besitzt und T steht für die Temperatur, die während der Reaktion herrscht.

Das kleine n steht für die Anzahl an übertragenen Elektronen, was beim Beispiel des Daniell-Elements zwei Elektronen wären. F steht für die Faraday-Konstante, die auch immer den gleichen Wert besitzt, nämlich 96485,309 cmol. c(Ox) und c(Red) sind die jeweiligen Konzentrationen des Reaktanden, welcher Elektronen abgibt (Ox) und dem Reaktanden, welcher die Elektronen dann aufnimmt (Red).

Hier wieder am Beispiel des Daniell-Elements erklärt:

Wenn du davon ausgehst, dass das Daniell-Element bei Raumtemperatur, also 25 °C genutzt wurde und die Konzentration von Zink und Kupfer jeweils 1 mol/l beträgt kannst du die folgenden Daten in die Formel einsetzen:

E0(Cu) = +0,34 V

E0(Zn) = -0,76 V

T = 25 °C

R = 8,314 Jmol · K

n = 2

F = 96 485,309cmol

c(Cu) = 1 moll

c(Zn )= 1 moll

Für beide Elektroden müssen zwei unterschiedliche Rechnungen durchgeführt werden.

Kupfer:

E= +0,34 V + 8,314 Jmol · K -1×25 °C2 × 96 485,309 cmol×ln1 moll 1=+0,34 V

Zink:

E= -0,76 V + 8,314 Jmol · K -1×25 °C2 × 96 485,309 cmol×ln1 moll1 = -0,76 V

Da du jetzt die Spannungen der einzelnen Halbzellen berechnet hast, kannst du wie bei der Berechnung der Potentialdifferenz einfach den Wert der Anode vom Wert der Kathode abziehen:

ΔE= +0,34 V-(-0,76 V) =+1,1 V

Galvanische Zelle – Verwendung

Man kann galvanische Zellen grundsätzlich in drei verschiedene Gruppen einteilen.

Primärzellen

Die erste Gruppe bilden die Primärelemente, zu denen alle Batterien gehören. Batterien sind grundsätzlich nicht wieder aufladbar. Das heißt, eine Batterie kann nur einmalig Spannung erzeugen und die Reaktion ist nicht wieder umkehrbar.

Beispiele für die Primärzellen sind alle Standardbatterie. Dazu gehören unter anderem die:

Sekundärzellen

Zu den Sekundärelementen gehören die Akkumulatoren oder auch kurz: Akkus. Diese sind im Gegensatz zu den Batterien wieder aufladbar, man kann also die Reaktion umkehren und der Akku kann mehrere Male Spannung erzeugen. Dies ist jedoch auch begrenzt.

Ein Beispiel für Sekundärzellen ist etwa der:

  • Bleiakkumulator, 2 V Nennspannung pro Zelle
  • Nickel-Cadmium-Akkumulatur, 1,2 V pro Zelle
  • Nickel-Eisen Akkumulatur, 1,2 V pro Zelle

Tertiärzellen

Tertiärzellen werden auch Brennstoffzellen genannt, diese werden beispielsweise oft in Autos verwendet. Beispiele hierfür sind die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle oder die Direktmethanol-Brennstoffzelle. Bei dieser galvanischen Zelle gibt es keine geschlossenen Behältnisse für die Reaktanden, sondern diese werden kontinuierlich von außen zugeführt. Dadurch wird die Lebensdauer der Zelle nicht beschränkt und kann rein theoretisch so kontinuierlich in Betrieb genommen werden.

Galvanische Zelle – Das Wichtigste

  • Die galvanische Zelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um.
  • Die galvanische Zelle stellt die Grundlage für Batterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen dar.
  • Das Standardpotential zeigt an, welches Element die Anode und welches die Kathode darstellt.
  • Das Standardpotential kannst Du einer Tabelle entnehmen und wird durch den Bezug zur Wasserstoff-Standard-Halbzelle ermittelt.
  • Zur Bestimmung der Potentialdifferenz nutzt man folgende Formel: ΔE0 = E0 (Kathode) E0 (Anode)

Nachweise

  1. leifichemie.de: Das galvanische Element (09.07.2022)
  2. chemgapedia.de: Nernst'sche Gleichung (09.07.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Galvanische Zelle

Für eine galvanische Zelle benötigt man zwei voneinander getrennte Behältnisse, die jeweils eine Metall-Elektrode mit der passenden Elektrolytlösung beinhalten. Diese beiden Elektroden müssen dann über einen Ionenleiter verbunden sein.

Galvanische Zellen sind im Alltag vermehrt aufzufinden, da diese das Grundmodell für Batterien, Akkus und Brennstoffzellen sind. Daher findet man galvanische Zellen in kleinen Technikgeräten wie Handys, Taschenrechner oder Kameras, aber auch in großen Systemen, wie Elektroautos.

Ja, Batterien sind galvanische Zellen und gehören zu den Primärzellen, das heißt, diese können nicht wieder aufgeladen werden.

Eine galvanische Zelle hört auf zu funktionieren, wenn keine Reaktion mehr stattfinden kann. Das heißt meist, wenn die Elektrode der Anode verbraucht ist.

Finales Galvanische Zelle Quiz

Galvanische Zelle Quiz - Teste dein Wissen

Frage

Beschreibe die Vorgänge im Daniell-Element in Worten.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge im Daniell-Element!

Antwort anzeigen

Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

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Frage

Wie wird die Galvanische Zelle noch genannt?

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Antwort

Man bezeichnet sie auch als galvanisches Element oder galvanische Kette.

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Frage

Wo wird die Galvanische Zelle verwendet?

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Antwort

Die galvanische Zelle wird in Batterien, Brennzellen und Akkumulatoren verwendet.

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Frage

Welches berühmte Beispiel einer galvanischen Zelle kennst Du?

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Antwort

Ein berühmtes Beispiel für eine galvanische Zelle ist das Daniell-Element.

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Frage

Welche Funktion hat eine Galvanische Zelle?

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Antwort

Die Funktion der galvanischen Zelle ist es, chemische Energie in elektrische Energie zu verwandeln. Denn nur diese kann dann als Strom in Batterien etc. genutzt werden.

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Frage

Wie wird der Stromkreis geschlossen?

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Antwort

Um den Stromkreis zu schließen, werden die beiden Halbzellen mit einem Elektronenleiter/ Salzbrücke verbunden.

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Frage

Wie bestimmt man das Standardpotential einer Halbzelle?

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Antwort

Das Standardpotential einer Halbzelle kann man durch das Verbinden mit einer Normal-Wasserstoff-Halbzelle herausfinden. Wenn diese beiden Halbzellen zu einem galvanischen Element zusammengefügt wurden, kann der Strom, den diese zusammen erzeugen, durch einen Spannungsmesser angezeigt werden. Da die Normal-Wasserstoff-Halbzelle ein Standardpotential von 0 hat, kann so das genaue Standardpotential der zu testenden Halbzelle abgelesen werden.

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Frage

Was benötigt man, um die Spannung in einer Galvanischen Zelle zu erzeugen?

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Antwort

Jedes Mal, wenn zwei unterschiedliche Metalle in einer Elektrolytlösung sind, entsteht ein

Spannung (galvanische Zelle).

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Frage

Nenne ein Beispiel, aus welchen Elektroden eine Galvanische Zelle aufgebaut sein kann.

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Antwort

Aus beispielsweise einer Kupfer- und Silberelektroden kann ein galvanisches Element erzeugt werden.

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Frage

Wie entsteht aus Kupfer- und Silberelektroden ein

galvanisches Element?

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Antwort

An der Kupferelektrode gehen mehr Cu2+ Ionen in Lösung als Cu-Ionen wieder abgeschieden werden.

Da das Kupfer Elektronen an die Elektrode abgibt, sobald es in die Lösung geht, lädt sich die

Elektrode negativ auf. Es wird zur Anode. An der Silberelektrode scheiden sich hingegen mehr Ag+ Ionen an der Elektrode ab, als in Lösung gehen. Deswegen gibt es an der Silberelektrode Elektronenmangel und sie lädt sich positiv auf, das heißt, sie wird zur Kathode. 

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Frage

Wie würdest Du eine galvanischen Zelle aus Kupfer- und Silberelektroden aufbauen?

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Antwort

Dazu taucht man die Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und die Silberelektrode in Silbernitratlösung. Dann werden sie durch einen Draht, den Elektronenleiter, mit dem Spannungsmessgerät und einem Ionenleiter verbunden. 

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Frage

Was kannst Du mit der Nernst-Gleichung bestimmen?

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Antwort

Mit der Nernst-Gleichung bestimmt man das Elektrodenpotential eines Redox-Paares in Abhängigkeit von den Konzentrationen der beteiligten Substanzen und der Temperatur.

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Frage

Was ist eine Ionenbrücke/Salzbrücke?

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Antwort

Die Ionenbrücke ist meist ein U-Rohr, das mit einem Elektrolyten gefüllt ist und dessen Enden mit einer Membran oder einem Diaphragma versehen sind. Sie schließt den Stromkreis, der durch die galvanische Zelle verläuft. 

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Frage

Was bewirkt eine Ionenbrücke/Salzbrücke?

Antwort anzeigen

Antwort

Über diese Salzbrücke erfolgt letztlich ein Anionenaustausch, um der Aufladung der

einzelnen Zellen entgegenzuwirken. Dort entsteht durch die Elektronen ein Strom, welcher genutzt und gemessen werden kann.

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Frage

Wann ist ein Element edel und wann unedel?

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Antwort

Ein edles Element erkennt man an einem positiven Standardpotential, während ein unedles Element ein negatives Standardpotential besitzt.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Daniell-Element?

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Antwort

Das Daniell-Element ist eine galvanische Zelle, die aus einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle besteht.

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Frage

Nach wem wurde das Daniell-Element benannt?

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Antwort

Das Daniell-Element wurde nach dem Entdecker der Zelle benannt: John Frederic Daniell.

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Frage

Was für ein Modell ist das Daniell-Element?

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Antwort

Das Daniell-Element ist ein einfaches Modell für galvanische Zellen.

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Frage

Wie ist das Daniell-Element aufgebaut (modellhaft)?

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Antwort

  • Kupferstab und Zinkstab mit ihrer Ionenlösung werden leitend miteinander verbunden
  • Reaktion, wenn beides elektrisch und elektrolytisch miteinander verbunden ist
  • Elektrolytisch: mit Salzbrücke, die Diffusions-Durchmischungen verhindern soll und Ladungsausgleich ermöglicht

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Frage

Was ist die 1. Funktionsweise des Daniell-Elements?

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Antwort

Kupfer ist edler als Zink; d.h. die Lösungstension von Zink ist größer. Daher gehen am Kupferstab nur wenige Kupferionen in die Lösung, während sich am Zinkstab viele Zinkionen ablösen und ihre Elektronen im Metall zurücklassen. Die Zinkelektrode ist deshalb negativer geladen als der Kupferstab. So baut sich eine Spannung auf.

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Frage

Was passiert mit den freigewordenen Elektronen im Daniell-Element?

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Antwort

Überschüssige Elektronen im Zink wandern über den Leiter von der Zink-Halbzelle zur Kupfer-Halbzelle. Dabei lässt sich eine Spannung von 1,11 Volt messen. 

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Frage

Wieso gewinnt die Kupferelektrode an Volumen?

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Antwort

Die gelösten Kupferionen nehmen die gewanderten Elektronen auf und lagern sich als elementares Kupfer an der Elektrode ab.

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Frage

Was ist die 4. Funktionsweise des Daniell-Elements?

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Antwort

Nun gehen auf der einen Seite positive Zinkionen in die Lösung und auf der anderen Seite lagern sich Kupferionen ab. Es muss ein Ladungsausgleich stattfinden, was über die Salzbrücke passiert. So wird der Stromkreis geschlossen. Die beiden Teilvorgänge dieser Redoxreaktion können räumlich getrennt werden. So

gehen die Elektronen nicht direkt vom System Zn/Zn2+ auf das System Cu/Cu2+ über, sondern wandern zuerst über einen Draht vom Zn zum Cu. Es fließt ein Elektronenstrom.

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Frage

Wie nennt man die getrennten Teilsysteme?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Teilsysteme in einem galvanischen Element nennt man Halbzellen.

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Frage

Was stellt der Plus-/Minus-Pol dar?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Daniell-Element stellt die Anode den Minuspol und die Kathode den Pluspol dar.

Frage anzeigen

Frage

Welche Zuordnung gilt bei der Anode und Kathode?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Anode ist die Elektrode, an der Teilchen oxidiert werden. Die Kathode ist die Elektrode, an der Teilchen reduziert werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne eine Eselsbrücke, um sich die Zuordnung der Anode und Kathode zu merken.

Antwort anzeigen

Antwort

  • An-o-de: An Oxidation denken
  • O-M-A (Oxidation, Minuspol, Anode)
  • Anode und Oxidation- das A und O der Elektrochemie
  • A O K (R)- Anode-Oxidation; Kathode-Reduktion

Frage anzeigen

Frage

Ist eine Zink-Luft-Batterie wiederaufladbar?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein. Zink-Luft-Batterien sind Einwegzellen. 

Frage anzeigen

Frage

Wodurch entsteht bei der Zink-Luft-Batterie Energie?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die chemische Reaktion der Oxydation von Zink. 

Frage anzeigen

Frage

Wo finden Zink-Luft-Batterien Verwendung?

Antwort anzeigen

Antwort

Hörgeräte

Frage anzeigen

Frage

Wie schnell entladen sich Zink-Luft-Batterien etwa pro Jahr?

Antwort anzeigen

Antwort

3%

Frage anzeigen

Frage

Was muss bei der Lagerung beachtet werden, damit die Batterien sich nicht selbst entladen?

Antwort anzeigen

Antwort

Wichtig ist, dass die Luftlöcher versiegelt sind. Hier reicht ein Klebestreifen, den man vor Benutzung einfach abzieht. 

Frage anzeigen

Frage

Wie hoch ist die maximale Spannung der Batterie?

Antwort anzeigen

Antwort

2V

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Frage

Wie ist eine Zink-Luft-Batterie aufgebaut?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Die Anode ist aus Zinkpulver
  • Die Kathode wird aus dem Luftsauerstoff gebildet
  • Durch kleine Luftlöcher am Boden gelangt Sauerstoff ins Innere
  • Zwischen dem Sauerstoff und dem Zinkpulver liegt ein Separator und ein Kohlenstoffgitter

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Frage

Wodurch kann die Spannung der Batterie gedrosselt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Luft

Frage anzeigen

Frage

Wie werden Zink-Luft-Batterien auch genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Knopfzelle

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Frage

Gehört die Zink-Luft-Batterie zu den Primärzellen?

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Antwort

Ja! Sie ist eine Einwegzelle und kann nicht wieder aufgeladen werden. 

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Frage

Wer hat Lithium-Ionen-Akkus erfunden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die ersten Entdeckungen bezüglich der Speicherung von Lithium-Ionen waren von Stanley Whittingham. Weiterentwickelt haben es Goodenough und Yoshino. Alle drei bekamen 2019 den Nobelpreis für Chemie.

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Frage

Aus welchen Komponenten bestehen Lithium-Ionen-Akkus?

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Antwort

  • positive Elektrode (Lithium-Metalloxid) 
  • negative Elektrode (z.B. Graphit) 
  • Stromableiter
  • Elektrolyt 
  • Separator 

Frage anzeigen

Frage

Die Energie pro Gewicht nennt man ...

Antwort anzeigen

Antwort

gravimetrische Energiedichte

Frage anzeigen

Frage

Die Energie pro Volumen nennt man ...

Antwort anzeigen

Antwort

volumetrische Energiedichte

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Frage

Warum werden Lithium-Ionen-Akkus verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Lithium-Ionen-Akkus sind leicht und haben eine hohe Energiedichte. Außerdem haben sie eine lange Lebensdauer.

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Frage

Wogegen sind Lithium-Ionen-Akkus empfindlich?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Hitze 
  • Kälte 
  • Sonneneinwirkung 
  • Überspannung 
  • Tiefenentladung

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Frage

Warum wird ein Separator benötigt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Separator verhindert den direkten Kontakt der Elektroden und wirkt so einem Kurzschluss entgegen. 

Frage anzeigen

Frage

Warum ist es wichtig, dass die Lithium-Ionen zwischen den Elektroden wandern?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lithium-Ionen gleichen den externen Elektronenstrom aus und sorgen dafür, dass die Elektroden elektrisch neutral bleiben.

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Frage

Was passiert beim Entladen?

Antwort anzeigen

Antwort

Während des Entladeprozesses werden Lithium-Atome in der Graphitelektrode oxidiert. Die Elektronen wandern über einen externen Stromkreis zur anderen Elektrode, während die Lithium-Ionen durch das Elektrolyt zur selben Elektrode wandern, wo sie dann reduziert werden.

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Frage

Was passiert beim Aufladen?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Aufladen oxidieren Lithium-Atome in der Mischoxidelektrode. Die Elektronen wandern über einen externen Stromkreis zur Graphitelektrode, während die Lithium-Ionen durch das Elektrolyt ebenfalls zur Graphitelektrode wandern. Dort rekombinieren Elektronen und Lithium-Ionen. 

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Frage

Wovon hängt die Energiedichte ab?

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Antwort

Vom Elektroden- und Elektrolytmaterial. 

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Frage

Was ist eine Anode?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Anode ist die Elektrode, an der eine Oxidation stattfindet. 

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Wo finden Zink-Luft-Batterien Verwendung?

Wie schnell entladen sich Zink-Luft-Batterien etwa pro Jahr?

Wie hoch ist die maximale Spannung der Batterie?

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Karteikarten in Galvanische Zelle197

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Beschreibe die Vorgänge im Daniell-Element in Worten.

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Beschreibe die Vorgänge im Daniell-Element!

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Wie wird die Galvanische Zelle noch genannt?

Man bezeichnet sie auch als galvanisches Element oder galvanische Kette.

Wo wird die Galvanische Zelle verwendet?

Die galvanische Zelle wird in Batterien, Brennzellen und Akkumulatoren verwendet.

Welches berühmte Beispiel einer galvanischen Zelle kennst Du?

Ein berühmtes Beispiel für eine galvanische Zelle ist das Daniell-Element.

Welche Funktion hat eine Galvanische Zelle?

Die Funktion der galvanischen Zelle ist es, chemische Energie in elektrische Energie zu verwandeln. Denn nur diese kann dann als Strom in Batterien etc. genutzt werden.

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