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Batterien sind Voltaikzellen, die als tragbare Stromquellen verwendet werden. Sie werden in primäre oder nicht wiederaufladbare und sekundäre oder wiederaufladbare Batterien eingeteilt.
Die übliche Primärbatterie ist die Trockenzelle. Es enthält ein Zinkgehäuse als Anode und eine Graphitkathode, die in eine feuchte, saure Elektrolytpaste aus Mangan(IV)-oxid und Ammoniumchlorid getaucht ist.
Das Zink oxidiert zu Zinkchlorid und Mangan(IV)-oxid reduziert sich zu festem Mangan(III)-oxid, wodurch ein Potential von 1,5 Volt erzeugt wird. Beim Betrieb werden die Elektroden leer, so dass Trockenzellen zu Einwegbatterien werden.
Alkalibatterien sind ähnlich, verwenden jedoch einen alkalischen Elektrolyten, der ihre Haltbarkeit und Lebensdauer verlängert.
Blei-Säure-Batterien sind Sekundärbatterien, die überwiegend in Automobilen eingesetzt werden. Diese verfügen in der Regel über sechs in Reihe geschaltete elektrochemische Zellen, die ein Gesamtpotenzial von 12 Volt erzeugen. Jede Zelle hat eine Bleianode und eine Bleioxid-Kathode, die in Schwefelsäure getaucht sind.
Während der Entladung lagern die Redoxreaktionen festes Bleisulfat auf beiden Elektroden ab, das beim Aufladen mit Hilfe einer externen Stromquelle wieder zurückgeführt wird.
Nickel-cadmium-wiederaufladbare Batterien enthalten eine Nickeloxyhydroxid-Kathode, eine Cadmium-Anode und einen Kaliumhydroxid-Elektrolyten. Beim Betrieb oxidiert die Anode zu festem Cadmiumhydroxid und die Kathode zu festem Nickelhydroxid, wodurch ein Zellpotential von 1,3 Volt erzeugt wird.
Die Toxizität von Cadmium führt jedoch dazu, dass Nickel-cadmium-Batterien durch umweltfreundliche nickel–Metallhydrid-Batterien. Hier bleibt die Kathode die gleiche, aber die Anode ist eine wasserstoffabsorbierende Legierung. Bei der anodischen Reaktion wird aus Wasserstoff Wasser gebildet.
Lithium-Ionen-Batterien sind die neuesten Sekundärbatterien. Leichtes Lithium-Metall macht diese Batterien tragbar mit hoher Energiedichte.
A lithium-Ionen-Batterie enthält eine lithiierte Graphitanode und eine Lithium–Übergangsmetalloxid-Kathode. Beim Laden wird das Übergangsmetall oxidiert, während zwischen den anodischen Graphitschichten Lithium-Ionen eingebaut werden. Bei der Entladung fließen Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und erzeugen ein Potential von 3,7 Volt.
Brennstoffzellen schließlich sind Voltaikzellen, die eine kontinuierliche externe Zufuhr von Redox-Reaktanten zur Energieerzeugung benötigen.
Eine typische Wasserstoff-Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft, um einen Strom zu erzeugen und gleichzeitig Wasser abzugeben. Graphitelektroden enthalten Katalysatoren auf Platinbasis, um die Redoxreaktion zu beschleunigen.
Eine Batterie ist eine galvanische Zelle, die als elektrische Energiequelle für bestimmte Anwendungen verwendet wird. Moderne Batterien gibt es in ein…
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