Batterie und Akkumulator 09:34 min

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Batterie und Akkumulator. An Vorkenntnissen solltest du die elektrochemische Spannungsreihe und den Begriff der Standardelektrodenpotentiale kennen. Ich möchte, dass Du beim Schauen dieses Videos ein Grundverständnis für Batterie und Akkumulator erwirbst. Der Film besteht aus fünf Abschnitten. 1. Chemische Energie in elektrische Energie 2. Primärelement und Sekundärelement 3. Die Batterie 4. Der Akkumulator 5. Zusammenfassung     1. Chemische Energie in elektrische Energie Um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, benötigt man eine energiereiche chemische Verbindung. Man muss diese Verbindung zwingen, eine geeignete chemische Reaktion einzugehen, die unter Energieabgabe abläuft. Als Ergebnis möchte man eine Spannungsquelle konstruieren, mit der man Strom gewinnt. Einer der ersten erfolgreichen Versuche, dies zu bewerkstelligen, bestand in der Konstruktion dieser galvanischen Zelle. In das Gefäß taucht einmal eine Kupferelektrode. Die zweite Elektrode ist eine Zinkelektrode. Die Kupferelektrode taucht in ein Salz, das Kupfer-II-Ionen liefert. Die Zinkelektrode taucht in ein Salz, das Zink-II-Ionen liefert. Beide Lösungen sind durch ein Diaphragma voneinander getrennt. Die Kupfer-II-Ionen nehmen Elektronen auf und es scheidet sich elementares Kupfer an der Kupferelektrode ab. Das Zink der Zinkelektrode geht als Zinkionen in Lösung, gleichzeitig werden Elektronen frei. Am Kupfer bildet sich die Katode aus, am Zink die Anode. Dieser Vorläufer unserer heutigen Batterie wird als Daniell-Element bezeichnet. Man erhält unter Normalbedingungen eine Spannung von 1,1 V. Erfunden wurde das Element 1836. Wir haben es hier mit einer elektrochemischen Spannungsquelle zu tun. Das Daniell-Element ist ein Vorläufer der Batterie und Akkumulatoren. 2. Primärelement und Sekundärelement Bei beiden handelt es sich um elektrochemischen Spannungserzeuger. Häufig spricht man auch von Primärzelle bzw. Sekundärzelle. Primärzelle und Batterie sind synonyme Begriffe. Genauso wie Sekundärzelle und Akkumulator. Eine Batterie ist nicht wieder aufladbar. Ein Akkumulator ist noch viele Male aufladbar. 3. Die Batterie Die Batterie ist ein galvanisches Primärelement, eine Primärzelle. Leclanche entwickelte 1866 eine funktionsfähige Batterie. Das sogenannte Leclanche-Element. Das Lechlanche-Element ist ein Vorläufer der Zink-Kohle-Batterie. So wird sie umgangssprachlich bezeichnet. Besser ist es aber, von Zink-Braunstein-Element zu sprechen. Die aktiven Elemente dieser Batterie sind Zink und Braunstein. Man spricht auch von Aktivmassen. Aktivmassen sind die in den Elektroden der Batterie enthaltenen Stoffen, die während der Ladung oder Entladung zu anderen Stoffen reagieren. Sie sind der Energiespeicher der Batterie. Beim Daniell-Element sind das Kupfer-II-Ionen und Zink. Beim Leclanche-Element sind die Aktivmassen Mangan-IV-Oxid, das ist Braunstein und Zink. Ich möchte diese Batterie. die heute auch noch benutzt wird, einfach mal als Braunstein-Zink-Element bezeichnen. Sie besteht außen aus einem Metallbecher. Auf der Oberfläche des Metalls befindet sich eine Schutzhülle. Nach innen schleißt sich an den Metallbecher eine Zinkschicht an. Diese bildet die Anode des Elements. Noch weiter nach innen folgt eine Ammoniumchloridschicht, daran folgt der Separator. Denkt an das Diaphragma des Daniell-Elements. Im Zentrum ist eine Grafitelektrode fixiert. Oben wird die Konstruktion durch einen Isolator geschlossen. Im Inneren des Elements wird die Grafitelektrode von Braunstein umhüllt. Braunstein nennt man chemisch Mangan-IV-Oxid. Manchmal auch, in der Technik Mangandioxid. Zusammen mit dem Kohlenstoff bildet er die Katode. Die Anode, die negative Anode, ist an der Batterie unten. Damit die Batterie funktioniert, muss ich die Schutzschicht entfernen. Die Katode, der positive Pol ist oben. Betrachten wir nun die Komponenten, die für die chemischen Reaktionen verantwortlich sind. An der Anode  geben Zinkatome Ionen ab und gehen als Zinkione in Lösung. An der Katode reagieren Braunstein und Wasser unter Elektronenaufnahme. Zink reagiert mit Braunstein und Ammoniumchlorid zu Manganoxyhydroxid und Zinkdiaminchlorid. Ammoniumchlorid erfüllt die Funktion eines Lieferanten von Wassermolekülen. Der unangenehme Ammoniak, NH3, reagiert mit den Zinkionen zu einem Zinkkomplex. Die Gesamtreaktion stellt sich so dar: Zink reagiert mit Braunstein und Ammoniumchlorid zu Manganoxyhydroxid und Zinkdiaminchlorid. Wir notieren noch, dass Braunstein die Katode bildet und sind fast fertig. In der Fachliteratur nennt man diese Batterie die Zink-Braunstein-Zelle. 4. Der Akkumulator Die Batterie ist eine Primärzelle, demzufolge ist der  Akkumulator eine Sekundärzelle. Kein Auto kann sich von der Stelle bewegen, ohne eine sogenannte Starterbatterie. Dabei handelt es sich um einen Akkumulator, dessen Prinzip ich erläutern möchte. Im Gefäß des Akkumulators sind zwei Elektroden, die aus Blei bestehen. Die Katode ist von Blei-IV-Oxid umhüllt. Die Elektroden tauchen in eine Schwefelsäurelösung. An der Anode reagieren die Sulfat-Ionen, So42^- mit den Bleiatomen Pb und es bildet sich unlösliches Bleisulfat. Außerdem entstehen Elektronen. An der Katode reagieren die Sulfat-Ionen mit dem Blei-IV-Oxid unter Beteiligung von Hydronium-Ionen, 4H3O^+ und es kommt zur Elektronenaufnahme. Es entstehen Bleisulfat und Wasser. In der Gesamtreaktion reagieren Blei, Blei-IV-Oxid und Schwefelsäure. Es entstehen Bleisulfat und Wasser. Außerdem wird elektrische Energie freigesetzt. Diese Reaktion beschreibt die Entladung des Akkumulators. Die Reaktion kann aber auch umgekehrt erfolgen. Dann spricht man vom Aufladen. Das kann durch ein Ladegerät erfolgen. Daher haben wir es mit einem Akkumulator zu tun. Konkret: Es ist der Bleiakkumulator. 5. Zusammenfassung In einer galvanischen Zelle wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Im Video haben wir  galvanische Zellen betrachtet, die wir als Primärzellen und Sekundärzellen bezeichnen können. Primärzellen sich nicht aufladbar, Sekundärzellen sind wieder aufladbar. Zu den Primärzellen zählen das Daniell-Element, das Leclanche-Element und die Zink-Braunstein-Zelle. Als Beispiel für eine Sekundärzelle haben wir die Funktion des Bleiakkumulators erklärt. Den Bleiakkumulator kennt man besser unter den Bezeichnungen Starterbatterie oder Autobatterie. Primärzellen nennt man Batterien. Sekundärzellen sind Akkumulatoren. Das war es schon wieder für heute, ich Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.