Frage von Agasa 06.11.2010

Wie funktioniert eine Batterie/akku?

  • Hilfreichste Antwort von bluestep 06.11.2010
    1 Mitglied fand diese Antwort hilfreich

    Also eine Batterie bzw ein Akkumulator ist aufgebaut auf dem Prinzip eines Galvanischen Elements (Galvanische Zelle, galvanische Kette... alles das Selbe).

    Wenn du dir das Bild anschaust, dann siehst du ein so genanntes Galvanisches Element. Du siehst links (Zn) und rechts (Cu) Halbzellen. Diese können entweder durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran verbunden sein, oder durch eben diese Salzbrücke. In der Zn-Halbzelle hat man eine Zink-Elektrode. in der Cu-Halbzelle eine Kupfer-Elektrode. In der linken Halbzelle hast du zudem noch die stoffspezifische Salzlösung (ZnSO4) und in der rechten auch eine stoffspezifische Salzlösung (CuSO4). Jetzt kommt der Hauptpunkt eines Galvanischen Elements: Zink ist ein unedleres Metall als Kupfer, deshalb geht es schneller in seiner Salzlösung in Lösung, als Cu. Die Zink-Elektrode gibt also Zn2+ in Lösung und dafür je Zn2+, zwei e- ab. Aufgrund des induzierten Elektronenüberschusses auf der Zink-Elektrode, gehen die überschüssigen e- rüber auf die Kupfer-Elektrode. Da in der CuSO4 Lösung Cu2+ Ionen gelöst sind, und nun auf der Kupfer-Elektrode zwei e- vorliegen, gehen die Cu2+ Ionen "auf" die Elektrode und nehmen die zwei e- auf. Wenn Cu2+ Ionen auf die Elektrode gehen, sind SO4 2- Ionen in der Lösung im Überschuss. Da auf der linken Seite Zn2+ Ionen im Überschuss sind, gehen die SO4 2- über die Salzbrücke rüber zum Zn2+ und bilden ZnSO4.

    Da sich langsam aber sicher die Zink-Elektrode auflöst und die Cu2+ Ionen aus der Lösung aufgebraucht werden, ist dies kein endloser Prozess. Irgendwann gibt es eben keine Zink-Elektrode mehr, wobei es wahrscheinlicher ist, dass die Cu2+ Ionen schneller aufgebraucht werden. Deshalb haben Batterien auch nur eine begrenzte Lebensdauer.

    Den "Strom" den du aus der Batterie rausbekommst sind die fließenden e- von der Zink Elektrode zur Kupfer Elektrode.

    hoffe es war verständlich ;-)

  • Antwort von PeterJohann 06.11.2010
    1 Mitglied fand diese Antwort hilfreich

    Das ist aber eine weitgespannte Frage, wenn man die Grundlagen nicht recherchiert hat.

    Also in vereinfachter Weise (und deshalb auch nicht immer völlig korrekt/ alles erklärend) könnte man so vorgehen:

    1. Bestimmte chemische Reaktionen laufen freiwillig ab, dabei wird Energie frei.
    2. Reaktionen bei denen Elektronen ausgetauscht werden nennt man Redoxreaktionen. Ein Stoff wird oxidiert= gibt Elektronen ab. Ein anderer wird reduziert = nimmt Elektronen auf. Typisches Beispiel: Eisenoxid mit Aluminium. Wenn es einmal brennt gibt es eine sehr heiße Reaktion mit flüssigen Eisen und Aluminiumoxid als Endprodukte. Das Eisen (II)Ion im Oxid wurde reduziert zu Eisen und hat dazu 2 Elektronen aufgenommen. Das Al wird oxidiert und nimmt dabei 3 Elektronen (e-) auf. Die e- "wandern" also vom Oxidationsmittel zum Reduktionsmittel
    3. Welches Element/Ion/Stoff reduziert oder oxidiert wird hängt von der relativen Stärke der Mittel ab. Das nennt man u.a. elektrochemische Spannungsreihe (WIKI). Stoffe am oberen Ende sind "edler" (Gold), die am unteren Ende sind "unedler" (Aluminium.
    4. Edlere Stoffe in oxidierter Form werden von unedleren Stoffen reduziert. Z.B. Kupferoxid wird von Zink zu Kupfer reduziert, dabei wird Zink zu Zinkoxid oxydiert.
    5. Ein anderes Beispiel: Man hält ein unedleres Metall in eine Lösung von Metallionen eines edleren Metalles (z.B. Zink in Kupfersulfatlösung). Dann schlägt sich auf dem unedleren Metall das edlere Metall in Reinform ab (aus Cu++ wurde durch e- Aufnahme Cu; aus dem Zn wurde durch e-Abgabe Zn++.
    6. Eine Batterie ist jetzt nicht nichts anders als eine Redoxreaktion die langsam und räumlich getrenntabläuft
    7. Dazu gibt man das unedlere zu oxidierende Metall als Pulver mit einem Elektrolyten (bessere Leitfähigkeit) in den Anodenraum und das zu reduzierende edlere Metalloxid in den Kathodenraum. Die beiden Räume werden von einer teildurchlässigen (semipermeablen) Membran (meist eine Art Zellstoff mit elektrisch leitfähigem Elektrolyt, wie KOH, getränkt) getrennt. Die Membran erlaubt den Transport von Anionen hält aber die Kationen in ihrem Raum.
    8. Wenn man jetzt von der Anode mit Kathode verbindet läuft die Reaktion an: Im Anodenraum wird das Metall oxidiert und e- werden frei, fließen zur Kathode um dort das Metalloxid zu reduzieren. Im Gegenzug bewegen sich Anionen (z.B. OH-) vom Kathodenraum zum Anodenraum (durch die semipermeable Membran).
    9. Dieses Modell kann man auf alle Primärzellen (Batterien) übertragen. Die chemischen Reaktionen sind im Einzelnen super unter „Wiki- Batterien“ und den weiterführenden Link zu den einzelnen Batteriesorten erklärt.
    10. AKKU: Viele dieser Batterien nutzen Redoxreaktionen, die einmal abgelaufen nicht umkehrbar sind (wenn die Batterie leer ist, kann sie nicht mehr aufgeladen werden). Wenn man aber jetzt einen Aufbau und ein Redoxpaar wählt, bei dem die Reaktion durch Stromeinspeisung umkehrbar ist. Erhält man einen Akku. Im Prinzip laufen beim Entladen dieselben Reaktionen ab wie unter Batterie beschrieben und beim Laden laufen diese Reaktionen in der umgekehrten Richtung ab. Der ursprüngliche Zustand wird beim Aufladen also wieder erreicht und der Akku kann nach dem Aufladen wieder als Batterie arbeiten.

    Hoffe das hilft…

    Grüße PJ

  • Antwort von emaxba123 06.11.2010

    Aus Wikipedia

    Ein Akkumulator (auch: Akku; veraltet: Sammler; pl. Akkumulatoren, kurz Akkus) ist ein mehrfach nutzbarer Speicher für elektrische Energie, meistens auf Basis eines elektrochemischen Systems, und damit eine Sonderform einer Batterie. Im Unterschied zu einer nicht wieder aufladbaren Batterie aus Primärzellen besteht ein Akkumulator aus einer oder mehreren wiederaufladbaren Sekundärzellen. Wie bei Batterien können dabei mehrere Zellen zur Erhöhung der Gesamtspannung in Reihe geschaltet werden oder zur Erhöhung der Kapazität parallel.

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