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Galvanische Zelle

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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 das galvanische Element zurückzuführen und mehr darüber erfährst du hier!

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.

Aufbau des galvanischen Elements

Abbildung 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, Ionen zwischen Elektrolytlösungen der beiden Halbzellen hin und her zu leiten.

Funktionsweise des galvanischen Elements

Ein galvanisches Element 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.

Das Standardpotential und dessen Rolle im galvanischen Element

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.

Tabelle der Standardpotentiale

Hier kannst du nun die einzelnen Standardpotentiale für die Elemente und

H2 + 2 H2O 2H3O++ 0
Reduzierte Form Oxidierte Form+ Standardpotential Eo in V
Li Li++ -3,040
K K++ -2,925
Rb Rb++ -2,925
Cs Cs++ -2,923
Ra Ra2++ -2,92
Ba Ba2++ -2,91
Sr Sr2++ -2,89
Ca Ca2++ -2,87
Na Na++ -2,71
Ce Ce3++ -2,48
Mg Mg2++ -2,36
Be Be2++ -1,85
Al Al3++ -1,66
Mn Mn2++ -1,18
Zn Zn2++ -0,76
Cr Cr3++ -0,74
Ga Ga3++ -0,53
S2- S+ -0,45
Fe Fe2++ -0,41
Cd Cd2++ -0,40
Pb + SO42- PbSO4+ -0,36
Tl Tl2++ -0,34
Co Co2++ -0,28
H3PO3 + H2O H3PO4 +2H++ -0,28
Ni Ni2++ -0,25
Sn Sn2++ -0,14
Pb Pb2++ -0,13
Fe Fe3++ -0,036
Ag + Br- AgBr++0,07
H2S S + 2H++ +0,14
Sn2+ Sn4++ +0,15
Cu+ Cu2++ +0,15
SO2 + 6 H2O SO42- + 4 H3O++ +0,17
Ag + Cl- AgCl++0,22
Cu Cu2++ +0,34
S + 3 H2O Cu+ H2SO3 + 4 H++ +0,45
Cu Cu++ +0,52
2 I- I2+ +0,54
MnO42- Cu+ MnO4-+ +0,56
H2O2 + 2 H2O O2 + 2 H3O++ +0,68
Fe2+ Fe3++ +0,77
Ag Ag++ +0,80
N2O4 + 2 H2O Cu+ 2 NO3- + 4 H++ +0,80
Hg Hg2++ +0,85
Hg22+ 2 Hg2++ +0,92
NO + 6 H2O NO3- + 4 H3O++ +0,96
2 Br - Br2+ +1,07
6 H2O O2 + 4 H3O++ +1,23
Mn2+ + 2 H2O MnO2 + 4 H++ +1,23
Tl+ Tl3++ +1,25
2 Cr3+ + 21 H2O Cr2O72- + 14 H3O++ +1,33
2 Cl- Cl2+ +1,36
Pb2+ + 6 H2O PbO2 + 4 H3O++ +1,46
Au Au3++ +1,50
Mn2+ Mn3+++1,51
Mn2+ + 12 H2O MnO4- + 8 H3O++ +1,51
Ce3+ Ce4++ +1,61
Cl2 + 2 H2O 2 HOCl + 2 H++ +1,63
PbSO4 + 2 H2O PbO2 + SO42- + 4 H++ +1,67
3 H2O + O2 O3 + 2 H3O++ +2,07
2 F- F2+ +2,87

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 nun, 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:

Galvanische Zelle Oxidation Zink StudySmarter

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 ein Cu2+ aus der Elektrolytlösung und schlagen sich dadurch als elementares Kupfer an der Elektrode nieder.

Galvanische Zelle Reduktion Kupfer StudySmarter

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.

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:

Galvanische Zelle Spannung Formel StudySmarter

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:

Verwendung von galvanischen Elementen

Man kann galvanische Elemente grundsätzlich in drei verschiedene Gruppen einteilen.

Primärzellen

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 J · mol-1 · K-1

n = 2

F = 96 485,309 C/mol

c(Cu) = 1 mol/l

c(Zn )= 1 mol/l

Für beide Elektroden müssen zwei unterschiedliche Rechnungen durchgeführt werden.

Kupfer:

Galvanische Zelle Berechnung Nernst Gleichung Kupfer StudySmarter

Zink:

Galvanische Zelle Berechnung Nernst-Gleichung Zink StudySmarter

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:

Galvanische Zelle Berechnung Potentialdifferenz Spannung StudySmarter

Verwendung der galvanischen Zelle

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 zum Beispiel 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 zum Beispiel 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 diesen galvanischen Elementen 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

  • wandelt chemische Energie in elektrische Energie um
  • Grundlage für Batterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen
  • das Standardpotential zeigt an, welches Element die Anode und welches die Kathode darstellt
  • das Standardpotential kann man einer Tabelle entnehmen und wird durch den Bezug zur Wasserstoff-Standard-Halbzelle ermittelt
  • Zur Bestimmung der Potentialdifferenz nutzt man folgende Formel:


Nachweise

  1. https://www.leifichemie.de/anorganische-chemie/elektrochemie/grundwissen/das-galvanische-element
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Zelle
  3. https://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle#Andere_Brennstoffzellen

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 beinhaltet. 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 Handy, Taschenrechner oder Kamera, 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

Frage

Erkläre den Begriff galvanische Zelle. 

Antwort anzeigen

Antwort

Eine galvanische Zelle besteht aus zwei Halbzellen und kann elektrische Energie liefern. 

Frage anzeigen

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 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

Wie wird die Galvanische Zelle noch genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

galvanisches Element oder galvanische Kette

Frage anzeigen

Frage

Wo wird die Galvanische Zelle verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

in Batterien und Akkumulatoren

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Charakteristik der Galvanischen Zelle?

Antwort anzeigen

Antwort

die Teilspannung bzw. eingeprägte Spannung

Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion hat eine Galvanische Zelle?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Die Funktion der galvanischen Zelle kommt von der Redoxreaktion
  • Räumlich getrennt laufen nämlich in je einer Halbzelle Reduktion und Oxidation ab
  • Es wird elektrische Energie gewonnen
Frage anzeigen

Frage

Wie wird der Stromkreis geschlossen?

Antwort anzeigen

Antwort

Um den Stromkreis zu schließen, werden die beiden Halbzellen mit einem Elektronenleiter und einem

Ionenleiter verbunden.

Frage anzeigen

Frage

Woher hat die Galvanische Zelle ihren Namen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Vom italienischen Arzt Luigi Galvani
  • Er entdeckte, dass ein Instrument aus verschiedenen Metallarten Muskelzuckungen bei sich berührenden Froschschenkeln auslöst
  • Da das entstandene Redox-System als galvanisches Element Spannung aufbaut, sodass Strom fließen kann
Frage anzeigen

Frage

Wann entsteht immer eine Galvanische Zelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Jedes mal wenn zwei unterschiedliche Metalle in einer Elektrolytlösung sind, entsteht eine

Spannung (galvanische Zelle)

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel, aus dem eine Galvanische Zelle entstehen kann.

Antwort anzeigen

Antwort

z.B. aus Kupfer- und Silberelektroden kann ein galvanisches Element erzeugt werden

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht aus Kupfer- und Silberelektroden ein

galvanisches Element?

Antwort anzeigen

Antwort

  • An der Kupferelektrode gehen mehr Cu2+ Ionen in Lösung als Cu Ionen wieder abscheiden
  • Da das Kupfer Elektronen an die Elektrode abgibt, sobald es in die Lösung geht, lädt sich die

    Elektrode negativ auf → 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 → wird zur Kathode

Frage anzeigen

Frage

Wie lautet der Experiment Aufbau für die Erzeugung einer galvanischen Zelle aus Kupfer- und Silberelektroden?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Dazu taucht man die Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und die Silberelektrode in Silbernitratlösung
  • Dann werden sie durch ein Draht, den Elektronenleiter, mit Voltmeter und einem Ionenleiter verbunden
Frage anzeigen

Frage

Warum fließt noch kein Strom,  wenn die zwei Elektroden elektrisch leitend verbunden werden?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Weil es an der Kupferelektrode einen Überschuss an Cu2+ Ionen gibt und die Lösung sich stark positiv auflädt
  • Daher gehen nur so viele Kupferionen in Lösung, wie sich gleichzeitig wieder an der Elektrode abscheiden
  • Ähnliches passiert in der Silbernitratlösung, nur dass sich die Lösung negativ auflädt, da vom neutralen Silbernitrat nur die negativ geladenen Nitrat-Ionen übrig bleiben
Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Ionenbrücke?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Die ist da, um den Stromkreis zu schließen
  • Die Ionenbrücke ist meist ein U-Rohr, das mit einem Elektrolyten gefüllt ist und dessen Enden mit einer Membran oder einem Diaphragma versehen sind
Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt eine Ionenbrücke?

Antwort anzeigen

Antwort

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

einzelnen Zellen entgegen zu wirken

Frage anzeigen

Frage

Was bezeichnet man als Konzentrationselement?

Antwort anzeigen

Antwort

galvanische Zellen mit zwei gleichen Halbzellen, die sich in ihrer Konzentration unterscheiden

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Daniell-Element?

Antwort anzeigen

Antwort

  • auch Daniell’sches Element genannt
  •  ist eine galvanische Zelle, die aus einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle besteht.
Frage anzeigen

Frage

Nach wem wurde das Daniell-Element benannt?

Antwort anzeigen

Antwort

nach dem Entdecker der

Zelle benannt: John Frederic Daniell

Frage anzeigen

Frage

Was für ein Modell ist das Daniell-Element?

Antwort anzeigen

Antwort

Einfaches Modell für galvanische Zellen

Frage anzeigen

Frage

Wie ist das Daniell-Element aufgebaut (modellhaft)?

Antwort anzeigen

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

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 1. Funktionsweise des Daniell-Elements?

Antwort anzeigen

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.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 2. Funktionsweise des Daniell-Elements? 

Antwort anzeigen

Antwort

Überschüssige Elektronen im Zink wandern über den Leiter vom Zink zum Kupfer. Dabei lässt sich eine Spannung von 1,11 Volt messen. Dies ist die Elektromotorische Kraft, die

sich aus dem Redoxpotential von Kupfer und dem Zink zusammensetzt.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 3. Funktionsweise des Daniell-Elements?

Antwort anzeigen

Antwort

Die gelösten Kupferionen nehmen anschließend die Elektronen auf und lagern sich als

Kupfer an der Elektrode ab.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 4. Funktionsweise des Daniell-Elements?

Antwort anzeigen

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.

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man die getrennten Teilsysteme?

Antwort anzeigen

Antwort

“Halbzellen”

Frage anzeigen

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

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 Katode?

Antwort anzeigen

Antwort

Anode: Elektrode, an der Teilchen oxidiert werden.

Kathode: Elektrode, an der Teilchen reduziert werden.

Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

Antwort

An-o-de: An Oxidation denken.

Oder: O-M-A (Oxidation, Minuspol, Anode)

Oder: Anode und Oxidation- das A und O der Elektrochemie

Oder: 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%

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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

Frage anzeigen

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

Frage anzeigen

Frage

Gehört die Zink-Luft-Batterie zu den Primärzellen?

Antwort anzeigen

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.

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Komponenten bestehen Lithium-Ionen-Akkus?

Antwort anzeigen

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.

Frage anzeigen

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.

Frage anzeigen

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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