Chemie389Aktualisiert 11. Okt. 20267 Seiten

Bakterien und Akkus im Chemie-Leistungskurs

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Von der klassischen Batterie bis zum modernen Lithium-Akku - Energiespeicher sind überall um uns herum und funktionieren alle nach dem Prinzip galvanischer Elemente. Hier erfährst du, wie die verschiedenen Batterietypen aufgebaut sind und wo sie zum Einsatz kommen.
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Grundlagen von Batterien und das Leclanché-Element

Batterien sind galvanische Elemente, die chemische Energie in elektrische Spannung umwandeln. Du kennst sie aus dem Alltag - von der Fernbedienung bis zur Taschenlampe.

Es gibt einen wichtigen Unterschied: Primärelemente (normale Batterien) kannst du nicht wieder aufladen, Sekundärelemente (Akkus) schon. Wenn du mehrere galvanische Elemente hintereinander schaltest, erhöhst du die Gesamtspannung.

Das Leclanché-Element war eine frühe Batterieform mit Kohle, Zink und Ammoniumchlorid als Elektrolyt. Diese Batterien hatten aber Nachteile: Sie liefen aus, hatten hohen elektrischen Widerstand und entluden sich schnell von selbst.

Merke dir: Die Alkali-Mangan-Batterie ist die Weiterentwicklung des Leclanché-Elements und heute Standard in vielen Haushaltsgeräten.

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Der Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)

Der NiMH-Akku ist ein wiederaufladbarer Energiespeicher mit einer Zellspannung von 1,2V. Am Minuspol befindet sich Metallhydrid (MeH), am Pluspol Nickel(III)-oxidhydroxid (NiOOH).

Als Elektrolyt dient Kaliumhydroxidlösung (KOH). Die chemischen Reaktionen laufen beim Laden und Entladen in beide Richtungen ab - das macht den Akku wiederaufladbar.

Vorteile: Umweltfreundlich, sehr belastbar und robust. Nachteile: Hohe Selbstentladung möglich, braucht gute Separatoren zwischen den Elektroden.

Praxistipp: NiMH-Akkus findest du in Akkuschraubern, schnurlosen Telefonen und älteren Videokameras.

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Der Lithium-Ionen-Akku

Lithium-Ionen-Akkus sind die Stars der modernen Elektronik mit einer hohen Zellspannung von 3,6V. Der Minuspol besteht aus Graphit, der Pluspol aus Lithiumcobaltoxid.

Das Besondere: Li⁺-Ionen wandern zwischen beiden Polen hin und her - beim Laden in eine Richtung, beim Entladen in die andere. So findet der Ladungsausgleich statt.

Große Vorteile: Hohe Spannung, geringes Gewicht, variable Formen möglich. Vorsicht: Sehr empfindlich gegen Überladung und Tiefentladung - deshalb können sie gefährlich werden.

Alltagswissen: Diese Akkus stecken in deinem Smartphone, Laptop und immer öfter auch in E-Autos und E-Fahrrädern.

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Lithium-Batterien (nicht wiederaufladbar)

Lithium-Mangandioxid-Batterien sind Primärelemente mit einer Zellspannung von 2,9V. Am Minuspol sitzt metallisches Lithium, am Pluspol Braunstein (MnO₂) oder Eisendisulfid.

Der Elektrolyt muss wasserfrei sein, weil Lithium heftig mit Wasser reagiert und giftigen Wasserstoff bildet. Deshalb werden organische Lösungsmittel verwendet.

Verschiedene Lithium-Batterietypen: Lithium-Mangandioxid (2,9V), Lithium-Iod (2,8V) für Herzschrittmacher, Lithium-Eisensulfid (1,5V). Das Material am Pluspol bestimmt die Zellspannung.

Spezialeinsatz: Diese Batterien sind perfekt für Herzschrittmacher und Datenspeicherung auf Platinen - dort wo Zuverlässigkeit extrem wichtig ist.

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Die Zink-Silberoxid-Batterie

Zink-Silberoxid-Batterien sind die kleinen Kraftpakete unter den Knopfzellen mit 1,55V Zellspannung. Zinkpulver am Minuspol trifft auf Silberoxid (Ag₂O) am Pluspol, Kalilauge (KOH) dient als Elektrolyt.

Die Gesamtreaktion ist einfach: Ag₂O + Zn → 2 Ag + ZnO. Dabei entsteht metallisches Silber und Zinkoxid.

Eigenschaften: Geringe Kapazität, aber sehr konstante Spannung, winzige Baugrößen möglich und hohe Energiedichte auf kleinstem Raum.

Miniatur-Power: Diese winzigen Batterien bringen Armbanduhren, Hörgeräte und Taschenrechner zum Laufen - überall dort, wo wenig Platz aber zuverlässige Energie gebraucht wird.

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