F elektrochemie

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Elektrochemie

Elektrochemie

Ziele dieser Vorlesung

E

Nach diesem Abschnitt sollten Sie ...

Die Grundbgriffe der Elektrochemie kennen.

Die Prozesse in Elektrolysezellen beschreiben knnen.

Das Mol

2 = 1 Paar12 = 1 Duzend10100 = 1 Gogol6,02214179(30)1023 = 1 mol

E

Ein Mol von Atomen eines Stoffes wiegen so viel Gramm, wie es im Periodensystem vermerkt ist.

Lernziel: die Grundbegriffe der Elektrochemie beherrschen.

Das Mol

E

Aufgabe Elektronen-Mol

Wie viel Gramm wiegen 1 mol Aluminium-Atome ?

Berechnen Sie die Ladung von 0,6 mol Elektronen in C und Faraday.

Wie viele Elektronen sind ntig, um die Ladung von 1.000 C aufzubauen ?

Wie viele Elektronen strmen in drei Sekunden durch einen Drahtquerschnitt, bei einem Strom von 1 A ?


Elektrolyse-Zellen

Die Metallplatten heien Elektroden. Wird an die Elektroden eine Gleichspannung gelegt, dann fliet nur ein sehr kleiner Strom, denn destilliertes Wasser ist ein sehr schlechter elektrischer Leiter. Bringt man aber in das Wasser etwas
Salz, Sure oder Lauge ein und lst dieses gleichmig im Wasser auf, dann fliet ein wesentlich grerer Strom.

E

Wssrige Lsungen von Suren, Basen und Salzen leiten den elektrischen Strom.


Video: Leitfhigkeit von Wasser

Dissoziazion

E

Elektrisch leitende Flssigkeiten heien Elektrolyte.Beispiel: Kochsalz (NaCl) teilt sich in Na+ und Cl- -Ionen auf: Dissoziation.

Aufgabe DissoziationWelche andere Verbindungen gibt es, die durch Dissoziation eine volle Valenzschale erhalten knnten? Nennen Sie die Verbindung und die Produkte der Dissoziation.


Der Elektrolyt

E

Elektronen knnen nicht alleine durch Elektrolyten schwimmen.Sie bentigen Ionen als Fhren

Ionen sind die einzig mglichen Ladungstrger in einem Elektrolyten.

Ladungstrger im Elekrolyten sind Anionen und Kationen.

An-Ion wandert zur Anode

Kat-Ion wandert zur Katode

Elektron

Atom

Anion


Elektrochemische Zellen

Strom chem. Reaktion

E

Elektrolyse-Zellen

chem. Reaktion Strom

Galvanische Zellen

Anwendung: Raffination von Al, Cu

Anwendung: Batterien, Akkus


Die Elektrolyse-Zelle

Aufgabe 6-3Kennzeichnen Sie in der Skizzeden Elektronenstrom

Kation und Anion

K

A

Katode und Anode

Katode

Anode

den Elektrolyten

E

Reaktionen an den Elektroden

E

vor: e- + Me+ nach: Me

vor: X- nach: X + e-

Anode OxidationKatode Reduktion

Lernziel: Prozesse in Elektrolysezellen beschreiben knnen.

Die chemischen Prozesse an den Elektroden verndern deren Oberflche, z.B. durch:

Gasentwicklungen bei der Wasserstoff-Gewinnung

Materialzuwachs oder abbau beim Galvanisieren;

Ist mol eine Zahl, ein Gewicht oder eine Atommasse? Eine Zahl

Wie ist der Zusammenhang zwischen der Stromstrke
und der Ladung die dabei transportiert wird?

Strom ist pro Zeit transportierte Ladung.

Wie heien die metallischen Bauteile in der flssigen
Komponente einer Elektrolyse-Zelle? Elektroden

Welches sind die Ladungstrger in Metallen, welches
im Elektrolyten? Elektronen bzw. Ionen

Warum leitet destilliertes Wasser den Strom kaum?
Weil kaum Ionen (als Ladungstrger) vorhanden sind.

Nennen Sie Beispiele fr Anionen. OH-, SO42-, Cl-, ...

Wie viel mol Elektronen bruchten 1,5 mol Fe3+-Ionen,
um el. neutralisiert zu werden ? 4,5 mol Elektronen.

Welche beiden grundlegenden Arten von el.chem.
Zellen gibt es? Elektrolyse-Zellen und Galvanische Zellen.

Fragen

E

Fragen

Nennen Sie ein anderes Wort fr Aufspaltung, Trennung.DissoziazionWelche Stoffe dissoziieren in wssriger Lsung?Suren, Basen und Salze.

In welchem Leiterstoff wird Strom in Form
von geladener Materie transportiert?Im Elektrolyten

Was passiert chemisch an der Anode?eine Oxidation

Was passiert, wenn ein Cu2+-Ion an der Katode ankommt?Es setzt sich als Cu-Atom auf der Elektroden-Oberflche ab.

In welchem Namen eines Ladungstrgers steckt
das griechische Wort fr wandern?Ion, Anion, Kation

E


E


Elektrochemische Prozesse berechnen knnen.

Halbzellen-Reaktionen beschreiben knnen.

elektrochemische Spannungsreihe anwenden knnen.

Faradays Gesetze

Michael Faraday (1791 - 1867)

war Grnder der Elektrochemie

prgte Fachausdrcke wie Elektrolyse, Elektroden, Anode und Kathode, Anion und Kation.

beschrieb die Proportionalitt zwischen den an den Elektroden abgeschiedenen Massen (m) und den dabei verbrauchten Ladungen (Q):

m = c Q

E

Lernziel: Prozesse in Elektrolysezellen analysieren knnen.

Ein Ring soll versilbert werden:

Ring in Elektrolyt mit Silberionen (Ag+-Ionen) legen.

Soll sich ein Silberion auf dem Ring absetzen,
muss der Ring ihm ein Elektron anbieten.

Dazu Ring mit Elektronen des Minus-Pols einer Spannungsquelle versorgen.

Faradays Gesetze

Aufgabe Beschriftung

Beschriften Sie die Abbildung.
Wo sind Kationen, Kathode, Anode und Elektrolyt?

Wie viel mol Elektronen wrde man brauchen, wenn man ein mol Silber-Ionen (= 6,0221023 Silber-Ionen) auf dem Ring abscheiden mchte? Pro Silberion, das sich abscheiden soll, bentigt man ein Elektron. Fr ein mol von Silberionen bentigt man also
auch ein mol Elektronen.

Ein Elektron hat die Ladung von 1,602.10-19 As (1 As = 1C) .
Wie gro ist dann die Ladung von einem mol Elektronen? 6,022 1023 mal 1,602.10-19 As = 96.500 C.

Wie viel g Silber knnte man mit
dieser Ladung auf den Ring bringen?1 mol Elektronen -> ein mol Silber = 107,87 g Silber.

E


Aufgabe Silber

Wie viel Silber (Ag+) knnte man mit Hilfe eines Akkus von 2.000mAh auf dem Ring in der Abb. abscheiden?
Wenn 1mAh=3.600mAs=3,6As, dann liefert ein Akku die Ladung Q=2.000 mal 3,6As=7.200As.
Dreisatz: 96.500As entspricht 1 mol Silber (=107,87g), dann 7.200As entspricht 8g Silber.

Wie gro ist das "elektrochemische quivalent" c vom Silber in Faradays Gleichung m = c Q ? c=m/Q : Entweder c=107,87g / 96.500As, oder c=8g/7.200As=1,118 mg/As

Wie lange bruchte man fr die Abscheidung von 10 g Silber, wenn man dazu eine Batterie mit 1,5V verwen-den wrde? Der Widerstand der Leitung betrage 10. t = Q/I = QR/U, Q aus10g Ag = 10g/107,87 g/mol
Ag = 92,7 mmol, also 8945,55 C, t = 16h 34min

Faradays Gesetze

E


Faradays Gesetze

Aufgabe Cu++

Wie schwer ist ein mol Kupfer-Atome? 63,55 g

Ein mol Cu++ Ionen wandern im Elektrolyten zur Katode. Wie viele mol Elektronen bruchte man dort, um sie zu neutralisieren und damit auf der Katode als metallisches Kupfer abzuscheiden?
Pro Kupfer-Ion zwei Elektronen. Fr 1 mol Kupfer zwei mol Elektronen.

Wie gro ist das elektrochemische quivalent von Kupfer Cu+?1 mol Elektronen (96.500 C) neutralisieren 1 mol Kupfer (63,54g).
Damit ist c = 63,54g / 96.500 C = 0,66 mg/C.

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Faradays Gesetze

E

Aufgabe Fe 3+Bestimmen Sie das elektrochemische quivalent von Fe3+ 1 mol Elektronen (96.500 C) neutralisieren 3 mol Eisen (55,84g).
Damit ist c = 55,84g / (3x96.500 C) = 0,19 mg/C.


Faradays Gesetze

E

Aufgabe Cu

Bestimmen Sie die elektrochemischen quivalente fr Cu und SO4 in einer wssrigen Kupfersulfat-Lsung.
Pro Kupfer-Ion zwei Elektronen. 0,66 mg/C : 2 = 0,33 mg/C. m(SO4) = (32+64)g/mol, c = 96g/(296.500C) = 0,5 mg/C

Welche Kupfermasse (Cu+) fliet bei 1 A in 1 Minute auf die Elektroden-Oberflche?
m = c Q = c I t = 0,66 mg/C 1A 60s = 40 mg


Galvanische Zellen

Was passiert in einer Halbzelle?Taucht man ein beliebiges Metall in eine Lsung, lsen sich immer einige Atome von der Oberflche dieses Metalls und werden zu Ionen in der Lsung. Dabei lassen sie ein oder zwei Elektronen im Metallgitter zurck.

E

Lernziel: Halbzellen-Reaktionen beschreiben knnen.

Video: Kupfer geht in Lsung

Von jedem Metall, das man in eine Flssigkeit taucht, lsen sich Atome.

Galvanische Zellen

Dieses Phnomen ist bei allen Metallen zu beobachten, aber es ist bei jedem Metall unterschiedlich stark ausgeprgt.
Das eine Metall (z.B. Zink) gibt viele, das andere (z.B. Kupfer) gibt wenige Kationen in Lsung.

Je mehr Oberflchenatome in Lsung gehen, desto unedler das Metall

E

Aufgabe Zinkstab

Was passiert, wenn man einen Zinkstab (unedel) in eine Lsung gibt, in der Kupfer-Ionen (edel) schwimmen?


Galvanische Zellen

E

Lsung

Das chemische Potenzial ist ein Ma fr die Zahl der Atome, die in Lsung gehen.


Was passiert, wenn man einen Zinkstab (unedel) in eine Lsung gibt, in der Kupfer-Ionen (edel) schwimmen?

Video: Elektrolytische Tauchabscheidung

Zn gibt Oberflchen-Atome in Lsung Zn+ Zn+ und Cu+ sind gleichzeitig in Lsung.

Kupfer ist edler, d.h. es die strkere Tendenz, sich an der Oberflche abzuscheiden.

Diese Tendenz heit chemisches Potenzial.

Cu-Ionen scheiden sich an der Zn-Flche ab.

Galvanische Zellen

Welche chemische Reaktion luft an jeder der beiden Elektroden ab, sobald sie sich in dem Elektrolyt befinden?

Zink und Kupfer haben unterschiedliche chemische Potenziale. Das von Kupfer ist positiver als das von Zink. Was folgt daraus fr das Zink im Vergleich zur Kupfer-Elektrode?

Fliet ein Strom, wenn man die beiden Elektroden aus der Abbildung ber einen Draht miteinander verbindet?

Welche chemischen Reaktionen laufen nun in den Halbzellen ab?

E

Aufgabe

Video: Batterie


Opfer-Anode

E

Schrittweiser Abbau der Opferanoden aus einem Trinkwasser-Tank. Rechts eine ungebrauchte, links eine vollstndig aufgelse Opferanode (auch der Tank ist durch Korrosion angegriffen)

Opferanoden besitzen eine groe Differenz in der elektrochemischen Spannungsreihe,
z. B. bei Stahl Magnesium: 2,3 Volt.


Man verwendet unter anderem in Emalierten Trinkwassererwrmern Anoden, um die Fehlstellen in der Emalierung zu schtzen. Es ist bis Heute nicht mglich einen Trinkwasserspeicher so zu emalieren das keine kleinen Fehlstellen in der Emalierung vorkommen.

Redox-Paare

Was bewirkt das chemische Potenzial ?Ein Metall Me wird in eine Lsung getaucht. Je nach Metallsorte gehen unterschiedlich viele Me als Kationen Me+ in Lsungihre Elektronen verbleiben im Metall.

Elektroden, die wenig Atome verlieren (Cu), sind edler als solche, die viele Atome verlieren (Zn).Die zurck gebliebenen Elektronen laden die Elektrode negativ auf. Die Elektrode erhlt ein negatives Potenzial.

E

Je edler das Metall, desto positiver sein elektrisches Potenzial.

Lernziel: elektrochemische Spannungsreihe anwenden knnen.

Redox-Paare

Beispiel Von der Metallsorte Kupfer Cu gehen weniger viele Atome als Kationen Cu+ in Lsung als von Zink (Zn).Ein Atom (Me) und das oxidierte Kation (Me+) bezeichnet man als Redoxpaar.Das Redoxpaar Cu/Cu+ erzeugt weniger Elektronen in der Elektrode, als das Redoxpaar Zn/Zn+

Die zurck gebliebenen Elektronen laden die Elektrode negativ auf. Die Kupfer-Elektrode hat ein positiveres Potenzial als die Zink-Elektrode.

E


Ein Redoxpaar besteht aus dem Atom und dem Ion eines Elementes.

Spannungsreihe

Durch Kombination zweier Redoxpaare kann man ihre Potenziale miteinander vergleichen.

E

Zwei Redoxpaare liefern eine Spannung


Spannungsreihe

E


Ordnet man die Redoxpaare nach der Gre ihrer Standard-Potenziale, erhlt man die elektrochemische Spannungsreihe.

Die elektrochemische Spannungsreihe
ist eine Tabelle
mit den Potenzialen verschiedener Elektroden-Materialien.

Spannungsreihe

Aufgabe Standard-Potenziale

Welches ist das Standard-Potenzial fr die Reduktion von Cu++?+ 0,35 V.

Welches ist das Standard-Potenzial fr die Oxidation von Cu++? - 0,35 V.

Welches ist das Standard-Potenzial fr die Reduktion von Zn++?- 0,76 V

Welches ist das Standard-Potenzial fr die Oxidation von Zn++?+ 0,76 V

E


Spannungsreihe

E

Aufgabe FeZnEine Zelle bestehe aus einer Zn und einer Fe-Elektrode, die jeweils in einer Lsung aus Zn2+ bzw. Fe3+ -Ionen eingetaucht sind.

Welche Redox-Reaktion wird stattfinden?

3Zn 3Zn2+ + 6e- (+0,76 V) und
2Fe3++ 6e- 2Fe (-0,02 V) ergibt:
3Zn + 2Fe3+ 2Fe + 3Zn2+

Welche Spannung wird eine solche Zelle liefern?

0,74 V


AufgabeWie arbeitet die Zitronenuhr mit einer Broklammer aus Stahlblech und einem Cent-Stck (enthlt Kupfer) als Elektroden?Stahlblech der Broklammer = unedler = Anode

Kupfer des Centstcks = edler = Katode

Zitronensaft = Elektrolyt

Die Spannung Zw. Kupfer und Stahl betreibt die Uhr

Welches Bauteil lst sich mit der Zeit auf? Broklammer

Was wrde passieren, wenn die Broklammer
durch ein Centstck ersetzt wrde?keine Spannung, Uhr funktioniert nicht

Zitronenuhr

E


Video: Die Zitronenbatterie


E


Einige Fakten zu Batterien kennen.

Grundlegende Eigenschaften der Akkus kennen.

Aussagen zur Wirtschaftlichkeit galvanischer Zellen treffen knnen.

Akkus effektiv und lange verwenden knnen.

Reale galvan. Zellen

Batterien werden beschrieben durch ihre

Leerlaufspannung UAB,

den Kurzschlussstrom IK und

den Innenwiderstand Ri

Ohne Belastung wird zwischen den Klemmen A und B die Spannung UAB gemessen.

Im Kurzschluss (UAB=0) fliet zwischen den Klemmen A und B der Kurzschlussstrom IK .

E

Batterien werden in einer Schaltskizze dargestellt durch eine Ersatzschaltung aus

idealer Spannungsquelle und

Innenwiderstand.

Lernziel: Einige Fakten zu Batterien kennen.

Reale galvan. Zellen

Der Innenwiderstand wird auch Impedanz genannt.Eine hohe Impedanz begrenzt den Stromfluss des Galvanischen Elements.

BeispielAn einer 1,5 V Batterie werde ein Kurzschlussstrom von 3A gemessen.Welche Gre kann man daraus ableiten?Die ImpedanzWie gro ist die Impedanz?R = U / I = 1,5V / 3A = 0,5

E


Batteriegren

Beispiel AR40 Was besagt der Buchstabe A? (Auf der nchsten Folie ist eine hilfreiche Tabelle eingefgt)dass es sich um eine Zink-Luft-Zelle handeltWofr steht der Buchstabe R?RundzelleWelche Bedeutung
hat die Ziffer 40?Zellengre

E

Panasonic

IEC*

US-amerikanisch


* IEC = International Electrotechnical Commission

Batteriegren

E


Auszug aus der IEC-Norm

Batterien

Eine der beiden Zellen rechts ist ein sog. Leclanc-Element, eine erste Bauweise einer tragbaren Batterie. Woran erkennt man es?

bertragen Sie wo mglich - die Bauelemente dieser Ur-Batterie auf die Schnittdarstellung der Zink-Kohle-Batterie. Wo befindet sich was?

E

Die Batterie oder Trockenbatterie, ist offiziell eine sog. Primrzelle: Warum Primr ?

weil sie nach einmaliger Entladung verbraucht ist

Warum Zelle ?

weil sie nur ein einziges Elektrodenpaar aufweist


Batterien

E

Es gibt Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien.Alkali-Mangan-Batterien heien so, weil ihr Elektrolyt ein Element der ersten Hauptgruppe (Alkalimetalle, z.B. Li, Na, K) im PSE enthlt, meist eben Kalium in der Verbindung KOH.

Eine Zink-Kohle Batterie besteht aus einem Zink-Behlter in dem sich Salmiaklsung und Braunstein befinden. In dieser Fllung der Zink-Kohle Batterie befindet sich ein Kohlestift.


Fragen

Nennen Sie ein galvanisches Element.

Akkumulator, Batterie

Was befindet sich in einer galvanischen Zelle zwischen Katode und Anode?

Ein Elektrolyt.

Woraus besteht die Anode einer Batterie meistens? Aus Zink.

Welche Elektrode bildet den positiven Pol einer Batterie?

Die Katode.

Welche Bausteine befinden sich in
der Ersatzschaltung einer Batterie?

Ideale Spannungsquelle und Impedanz.

Was ist ein Kurzschlussstrom?

Der Strom, der direkt (ohne Umleitung ber einen
Verbraucher) vom Plus- zum Minuspol fliet.

Wie nennt man den Innenwiderstand eines Galvanischen Elements noch?

Impedanz.

E

Fragen

Ist eine Babyzelle grer als eine Monozelle?

Nein: Micro, Mignon, Baby, Mono

Wie kann man mit einfachsten Mitteln aus zwei verschiedenen Metallen eine Batterie herstellen?

Indem man beide ber einen Elektrolyten miteinander verbindet.

Sortieren Sie die folgenden Metalle so, dass das edelste zuerst und das unedelste zuletzt genannt wird: Zink, Zinn, Kupfer, Magnesium

Kupfer, Zinn, Zink, Magnesium

Wofr steht bei der Bezeichnung einer Batterie der Buchstabe L?

fr eine Alkali-Mangan-Batterie

Lsst sich aus der amerikanischen Kennzeichnung AAA erkennen, ob es sich um eine Zink-Kohle-Batterie handelt?

Nein, da AAA nur die Gre, aber nicht den Batterietyp angibt.

E

Akkumulatoren

Die meisten verbreiteten Rundzellen werden in Wickeltechnik hergestellt:

Die positive und die negative Elektrode werden getrennt durch den Separator in Streifen bereinander gelegt und aufgewickelt.

Im Akku befindet sich ein flssiger, gelartiger oder sogar fester Elektrolyt.

Beim Laden der Zelle entsteht Wasserstoff.

Wird der Akku zu hei (z.B. beim Auf-laden), dehnt sich der Wasserstoff aus. Ein Teil des Wasserstoffs wird durch das berdruckventil im Deckel ausgeblasen, um ein Platzen zu verhindern.

E

Lernziel: Grundlegende Eigenschaften von Akkus kennen.

Kapazitt

E

Luftballon:enthlt umso mehr Luft, je strker der Druck, mit dem die Luft hinein gedrckt wird.

Akku:enthlt umso mehr Ladung, je strker die Spannung, mit dem die Ladung hinein gedrckt wird.


Kapazitt

E

Der Wert der Spannung ist auf dem Akku angegeben

Die Einheit der Kapazitt ist das Farad (nach Michael Faraday).

Mit der Spannung U wird der Akku solange mit Ladung gefllt, bis die Gegenspannung im Akku gleich gro ist.

Mit dem Druck p wird der Luftballon solange mit Luft gefllt, bis der Gegendruck im Luftbalon gleich gro ist.


Kapazitt

Aufgabe NiMH-AkkuWie gro ist die Ladung eines
NiMH-Akkus mit 2.000 mAh ?2 A 3.600 s = 7.200 CWie gro ist die (echte) Kapazitt des Akkus?C = Q/U = 7.200 C / 1,2 V = 6.000 F

E


Kapazitt

Aufgabe 12 StundenEin Akkumulator (1,2 V) wird 12 Stunden lang mit einem konstanten Strom I=56mA geladen und ist dann voll. Verluste sollen zunchst unbercksichtigt bleiben (Ladewirkungsgrad =1).

Berechnen Sie die dem Akkumulator zugefhrte Ladungsmenge.

Q = It = 5610-3 A (12 3.600 s) = 2,42 kC

Wie gro ist die Ladungsmenge, wenn der Wirkungsgrad des Ladegerts nicht 100% sondern 93% betrgt?
Qges = Q = 2,25 kC

Standardmig kalkuliert man das 1,4-fache der erforderlichen Zeit, um die Verluste zu bercksichtigen. Wie lange dauert die Aufladung dann im Fall a) ?

t ' = 1,4 t = 16,8 h

E


Kapazitt

Aufgabe 1.800 mAhEin Akkumulator (1,2 V) hat
eine Ladung von 1.800 mAh.

Wie gro ist der erforderliche Ladestrom I, wenn die Ladungszeit 12 Stunden betragen soll und der Ladewirkungsgrad mit =0,8 angenommen wird ?

I = Q / (t) = (1,8 Ah) / (12h 0,8) = 187,5 mA

Wie gro ist die Kapazitt C des Akkus ?

C = Q/U =(1,8A3.600s) / 1,2V = 5,4 kF

E


Kapazitt

E

Aufgabe 5,8 AmpereEin Akkumulator (1,2 V) wird 2 Stunden und 40 Min. lang mit einem Strom von I=5,8A geladen. Wie gro ist unter Bercksichtigung der Standardverluste die in den Akku gedrckte Ladung ...

in Ah?

Q = It / 1,4 = (5,8 A 2,667 h) / 1,4 = 11 Ah

in As ?

Q = It / 1,4 = (5,8 A 9.600 s) / 1,4 = 39,78103 As


Fragen

Eine Kamera verbraucht bei 4Volt einen Strom von rund 300 mA.
Welche elektrische Leistung ergibt sich daraus?1,2 WIn welcher Einheit wird die elektrische Arbeit angegeben? Ws, Wh oder kWh.

Welche Einheit und welche Bedeutung hat die Zahl,
die auf Akkus angegeben ist? mAh = Ladungseinheit

Wie verhlt sich die Spannung einer Zelle, wenn ihr ein immer grerer Strom entzogen wird? Die Spannung wird immer kleiner.

Welche Spannung hat eine unbelastete Trockenbatterie, welche ein NiMH-Akku?
1,5 V bzw. 1,2 V

Drcken Sie die Ladung von 360 mAh in Coulomb aus.
0,36A 3.600s = 1.296C

Was stellt die nebenstehende Abbildung dar?

E

Fragen zum Film

E

Woher kommt die Bezeichnung Alkali-Batterie?
Der Elektrolyt enthlt ein Alkalimetall. Wie oft lsst sich ein Akku wieder aufladen?
Mehrere hundert Male.

Wieviel mehr Ladung als in einer Batterie passt
in die NiMH-Akkus? Etwa 5 mal so viel.

Die Akkus haben einen hheren Innenwiderstand
als die Batterien stimmt das? Nein, umgekehrt.

Warum ist bis vor kurzem die Verwendung von
Batterien bei manchen Gerten sinnvoller gewesen?
Wegen der geringeren Selbstenladung setzte man
sie in Gerte mit geringem Strombedarf ein (Wanduhr, Fernbedienung ...)

Was darf man mit verbrauchten Batterien aus Umweltschutzgrnden nicht machen?
Die Batterien drfen nicht mit dem Hausmll entsorgt werden.

Lernziel: Aussagen zur Wirtschaftlichkeit galvanischer Zellen treffen knnen.

Film D-6: Akku vs. Batterie

Akkumulatoren

Aufgabeberprfen Sie die Behauptung, dass es billiger sei, Akkus zu verwenden. Vergleichen Sie

4 Akkus (NiMH, 2.000 mAh, Preis:12,- ),
die 700 mal in einem

Ladegert (30,-) mit einem
Ladewirkungsgrad von 71% aufgeladen werden

Strompreis 20 ct/kWh

Alternative: 4 mal 700 Alkali-Batterien
(3,50 fr den 4er Pack).

E


Akkumulatoren

AufgabeUm welchen Faktor sind Batterien, die 4 Akkus ersetzen, teuer, wenn folgende Umstnde gegeben sind ?

Akku-Typ: NiMH, 2.500mAh, 14,- Euro fr 4 Stck, 500 mal wieder aufladbar,

Ladegert, digital, Einzelkammer-Steuerung, 35,- , Wirkungsgrad 93%

Strompreis 18,5 ct/kWh,

Preis von 4 Alkali-Mangan-Batterien: 4,20

E


Akkumulatoren

Die Zellenspannung von Trockenbatterien sinkt bei Belastung mit der Zeit kontinuierlich, whren sie bei Akkus zwar anfangs etwas absinkt, dann aber ber einen langen Zeitraum weitgehend konstant bleibt.

NiCd u. NiMHAkkus halten die Spannung konstanter
als Trockenbatterien: Ihre Spannungslage ist besser.

E


Selbstentladung

Durch Selbstentladung verliert ein Akku innerhalb von 1 Monat etwa 10% seiner Ladung.

E

Je wrmer ein Akku lagert, um so hher seine Selbstentladung

Seit 2006 gibt es NiMH-Akkus, die nach Herstellerangaben eine sehr geringe Selbstentladung von weniger als 20 % nach einem Jahr aufweisen. Die ersten dieser Akkus waren:Sanyo eneloop, Ansmann MaxE,
Uniross Hybrio und AccuLoop.Diese Akkus kommen im voll
geladenen Zustand in den Handel
und lassen sich
sofort verwenden.

Neuartige Akkus

Die Selbstentladung von Akkus betrgt ca. 10% pro Monat.


Selbstentladung

E


Memory-Effekt

Unter dem Memory-Effekt versteht man das Phnomen, dass ein Akkus sich daran erinnert, bis zu welcher Kapazitt er beim letzten Mal entladen wurde. Dadurch sinkt die Spannungslage im Restverlauf ab.

E

Gegenmanahmen:

den Akku so weit entleeren, bis das Gert abschaltet:Gerte-Abschaltspannung abwarten.

oder

Ladegert mit Entladefunktion verwenden. Jede Zelle wird erst entladen bevor sie geladen wird.


Fragen

Nennen Sie einen anderen Namen fr Batterie. Primrzelle, galvanische ZelleWelche Batteriearten gibt es? Alkali-Mangan-Batterie und Zink-Kohle-Batterie.

Welche Batterie hat eine ca. drei mal hhere Energiedichte als welche andere Batterieart? Alkali-Mangan-Batterie im Vgl. zur Zink-Kohle-Batterie

Was ist ein Akku? Eine wieder aufladbare Batterie

Nennen Sie einen anderen Namen fr Akku. Sekundrzelle.

Wird Zink in einer Zink-Kohle-Batterie reduziert oder oxidiert? Oxidiert

Welches Ende einer Batterie ist die Katode? Das mit dem Knopf.

Was ist unter der Katode eines Akkus verborgen? Ein Druckventil.

Welche Akkutypen gibt es? Bleiakku, NiCd, NiMH, Li-Ion, Li-Po

Welche Spannung hat ein Rundzellen-Akku? 1,2 V

Welchen Einfluss hat die Umgebungstemperatur auf die Selbstentladung eines Akkus? Mit der Temperatur steigt die Selbstentladung an.

Durch was fr eine Lage ist eine Zelle gekennzeichnet, deren Spannung im Laufe der Benutzung relativ wenig abnimmt? Durch eine gute Spannungslage.

E

-U - Ladeverfahren

E

Lernziel: Akkus effektiv und lange verwenden knnen.

Akkupflege

E

Tipps fr ein langes Akkuleben

Besorgen Sie sich ein Ladegert mit
Entladefunktion und berladungsschutz.

Entladen Sie Akkus vor jeder Aufladung.

Lagern Sie Akkus nur in geladenem Zustand, sonst zerstrt die Tiefenentladung den Akku.

D-7:


Fragen zum Film

E

Ein Ni-MH-Akku speichert umso weniger Ladung,
je fter er benutzt wird? Ja. Sollte ein NiMH- gegen einen NiCd-Akku
ausgewechselt werden? Nein, umgekehrt.

Welche Akku-Art wird zur Zeit in Notebooks
verwendet ? Li-Ionen-Akkus.

Akkus werden zerstrt durch Tiefenentladung.
Was ist das ? Entladung auf unter 0,8V.

Kann ein Akku durch die Selbstentladung
tief-entladen werden? Ja.

Bei niedrigeren Temperaturen entldt sich ein ausgebauter Akku langsamer. Sollte man den Akkus im Khlschrank lagern?
Nein, das Kondenswasser koorodiert die Kontakte.

Welche Akku-Art wird mittlerweile bei Handys bevorzugt eingebaut ?
Li-Polymer-Akkus.

Wie lange dauert es ungefhr, bis man einen neuen Akku braucht? 2 Jahre.


Akku-Vergleich

E


Fragen

E

Kann man Ni-Cd- einfach gegen Ni-MH-Akkus austauschen? Ja.Knnen Akkus mit ihrer Nennspannung von 1,2V in Gerten verwendet werden,
die mit alkalischen Zellen von je 1,5V betrieben werden? Ja.

Was kann man beim Laden falsch machen? Tiefen-Entladen, berladen, zu frh laden.

Spielt die Umgebungstemperatur beim Laden eine Rolle? Nein

Ist der Akku nach einer Tiefenentladung kaputt? Ja.

Soll man den Akku bei lngerer Nichtbenutzung aus dem Gert nehmen? Ja.

Wie sollte ein Akku gelagert werden ? Khl, geladen und trocken

Ist es normal, dass die Akkus beim Laden warm werden? Ja.

Ein Akku mit der Ladung von 1.300 mAh soll bei einem Ladestrom von
140 mA geladen werden. Wie lange dauert der Aufladevorgang?13 h

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