wie funktioniert eine Batterie Darstellung

Wie funktioniert eine Batterie?

Eine Batterie ist eine Energiequelle für elektrische Geräte, die nicht wie ein Akku wieder aufgeladen werden kann. Doch wie funktioniert eine Batterie?

Die galvanische Zelle

Die galvanische Zelle ist die Grundlage für die Funktionsweise einer Batterie, in ihr findet eine Redoxreaktion statt: Chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Es geht dabei um die Beziehung zwischen edlen und unedlen Metallen. Die wichtigsten Faktoren sind negativen Teilchen, Elektronen, von denen unedle Metalle zu viele besitzen – darum sind sie negativ geladen. Edle Metalle haben weniger Elektronen, als sie halten könnten, daher sind sie positiv geladen. In einer galvanischen Zelle befinden sich je ein edles und ein unedles Metall in einer sauren Lösung, das macht sie zur Kathode und Anode. Unedle Metalle können ihre Elektronen nicht festhalten, es entstehen freie Ionen, welche auf dem Weg zur Lösung mit dem edlen Metall einen Verbraucher (Gerät) passieren. Die positiven Ionen des edlen Metalls nehmen die negativen Teilchen auf, dadurch wird das unedle Metall langsam abgebaut.

Wie funktioniert eine Batterie heute?

wie funktioniert eine Batterie Darstellung
Klein und praktisch: Batterien
©iStock.com/restyler

In Deutschland am weitesten verbreitet sind Alkali-Mangan-Batterien:

Der Pluspol, die Kathode, besteht hier aus Mangandioxid – auch Braunstein genannt – mit Grafit, der Kontakt wird über das Metallgehäuse der Batterie hergestellt. Der Minuspol, die Anode, besteht aus Zinkpulver in Kalilauge, ein Kontakt wird über einen Ableiter hergestellt. Beide Pole werden durch eine Trennwand aus Zellulose isoliert. Zusätzlich ist eine Elektrolytlösung vorhanden, die aus Ammoniumchlorid – auch Salmiaksalzlösung genannt – besteht.

Diese Batterieart funktioniert auf folgende Weise:

Die Zink-Ionen aus dem Zinkpulver werden durch die Elektrolytlösung ionisiert, wenn sie nun einen Verbraucher passieren, versorgen sie diesen mit elektrischer Energie. Danach wandern sie weiter und werden von der Kathode aufgenommen. Dies geschieht so lange, bis das Zinkpulver aufgelöst ist und das Mangandioxid keine weiteren Ionen mehr aufnehmen kann, dann ist die Batterie entladen. Jener Prozess ist auch der Grund dafür, warum Batterien manchmal auslaufen, denn auch ohne Nutzung wird das Zinkpulver weiter aufgelöst, geschieht dies stellenweise zu stark, kann Elektrolytflüssigkeit austreten.

Wissenswertes über Ladung

Es gibt sehr viele Arten von Batterien, ihre Bezeichnung bezieht sich auf Größe, Format, Kapazität und Leistung. Die Kapazität einer Batterie wird in Amperestunden angegeben und bezieht sich auf die gesamte gespeicherte Energie, die Ladung. Dagegen wird Leistung in Watt angegeben und bezieht sich auf die pro Zeitraum gelieferte Energie. Alle Batterien können sich selbst entladen, um dies zu verhindern, sollten sie bei 15-20°C gelagert und nie feucht werden.

Ein Experiment: Die Zitronenbatterie

Zitronenbatterie Experiment
Ein Experiment mit einer Zitrone zur Verdeutlichung
©iStock.com/lcsatlos

Wie eine Batterie funktioniert kann man auch an einem Experiment veranschaulichen. Dazu benötigt man folgende Utensilien:

  • Eine Zitrone
  • Kleine Glühlampe (bis zu 2 V)
  • Einen Zinknagel
  • Einen Kupfernagel
  • 2 kurze Kabel

Zuerst steckt man die beiden Nägel nicht weit entfernt voneinander in die Zitrone. Danach verbindet man jeweils einen Nagel mit einem Kabel mit der Glühlampe. Nun leuchtet die kleine Lampe. Hier übernimmt die Säure der Zitrone die Aufgabe der Batteriesäure.

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