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Alkali-Mangan-Batterie – Aufbau und Anwendungen

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Alissa @study_alissa
Alkali-Mangan-Batterien sind die wohl bekanntesten Batterien im Alltag und stecken in fast jedem elektronischen Gerät. Du kennst sie als AA- oder AAA-Batterien und nutzt sie täglich, ohne dir Gedanken über die cleveren chemischen Reaktionen zu machen, die dahinterstecken.
Alkali-Mangan-Batterie – Seite 1

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Grundlagen und Aufbau

Der schematische Aufbau einer Alkali-Mangan-Batterie ist ziemlich genial durchdacht. Im Metallbecher (Plus-Pol) befindet sich das Mangandioxid als Kathode, während das Zinkpulver-Gel die Anode bildet.

Dazwischen liegt ein Separator aus Zellstoff, der mit einer zinkoxidhaltigen Kalilauge (ca. 50%) getränkt ist. Diese Lauge fungiert als Elektrolyt und ermöglicht den Ionentransport zwischen den Elektroden.

Als Sicherheitsfeature ist eine Berstmembran eingebaut - sie verhindert, dass die Batterie bei Überdruck oder Überhitzung explodiert. Ziemlich clever, oder?

Fun Fact: Die Batterie wird während der Entladung buchstäblich "trocken", weil Wasser bei den chemischen Reaktionen verbraucht wird!

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Die chemischen Reaktionen verstehen

An der Anode passiert folgendes: Das elementare Zink wird oxidiert, seine Oxidationszahl steigt von 0 auf +II. Zuerst entsteht durch die hohe Hydroxid-Konzentration Tetrahydroxozinkat (Zinkat): Zn + 4OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻ + 2e⁻.

Bei der Kathodenreaktion wird Mangandioxid zu Manganoxidhydroxid reduziert: MnO₂ + H₂O + e⁻ → MnO(OH) + OH⁻. Die Oxidationszahl von Mangan ändert sich dabei von +IV zu +III.

Die Gesamtreaktion lautet: Zn + 2MnO₂ + 2H₂O + 2OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻ + 2MnO(OH). Hier siehst du auch, warum verbrauchte Batterien "trocken" sind - das Wasser wird während der Entladung aufgebraucht.

Achtung: Eine Nebenreaktion kann auftreten, bei der Wasserstoff entsteht - das ist der Grund für möglichen Überdruck in der Batterie.

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Eigenschaften und Spannung

Alkali-Mangan-Batterien sind Primärbatterien - das bedeutet, sie können nur einmal verwendet werden. Die Entladung ist ein irreversibler Vorgang, du kannst sie also nicht wieder aufladen wie dein Handy-Akku.

Die Nennspannung liegt bei 1,5V pro Einzelzelle. Wenn du höhere Spannungen brauchst, werden einfach mehrere Zellen in Reihe geschaltet - deshalb haben manche Geräte Platz für mehrere Batterien.

Die Entladeschlussspannungen liegen zwischen 1,8 und 1,0V. Das heißt, auch wenn deine Batterie "leer" ist, hat sie noch eine gewisse Restspannung.

Praxis-Tipp: Für Klausuren solltest du dir besonders die Reaktionsgleichungen und die Nennspannung von 1,5V merken - das wird gerne abgefragt!

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