Geschichte und Funktion der Batterien und Akkus

Einführung

• Handys früher vs. heute: Akkus hielten früher eine Woche, heute deutlich kürzer
• Erfindung der galvanischen Zelle durch den Chemiker John Frederik Daniel im Jahr 1835
  • Bekannt als Daniel-Element, basierend auf Zink und Kupfer

Grundlagen der Redox-Reaktionen

• Redox-Reaktionen: Übertragung von Elektronen von einem Reaktionspartner auf den anderen
• Prinzip der Stromerzeugung durch Abfangen dieser Elektronen
• Oxidation (Abgabe von Elektronen) und Reduktion (Aufnahme von Elektronen) laufen immer zusammen ab

Aufbau einer Batterie

• Daniel-Element: Beispiel für den Aufbau einer Batterie durch räumliche Trennung von Oxidation und Reduktion
• Zink (unedles Metall): Oxidiert, gibt Elektronen ab und löst sich in einer Salzlösung
• Kupfer (edles Metall): Tendiert zur Elektronenaufnahme, bleibt in Salzlösung meist unverändert, reduziert jedoch Kupferionen zu festem Kupfer
• Elektronenüberschuss beim Zinkstab bildet den Minuspol, positive Ladung beim Kupferstab bildet den Pluspol

Funktion einer Batterie

• Umwandlung von Chemie in Elektrizität durch Redox-Reaktionen in zwei Halbzellen
• Halbzellen: Zink in Zinksulfatlösung und Kupfer in Kupfersulfatlösung
• Verbindung der Halbzellen durch eine poröse Trennwand (Membran) ermöglicht Ladungsausgleich
• Stromkreis geschlossen: Fluss von Elektronen durch ein externes Kabel (z.B. an eine Glühlampe angeschlossen), verursacht Leuchten der Lampe

Akkus vs. Batterien

• Akkus können durch Anlegen einer äußeren Spannung wieder aufgeladen werden
• Batterien leeren sich, weil die chemischen Reaktionen, die die Elektrizität erzeugen, endlich sind

Abschluss

• Galvanische Zelle als Grundprinzip aller Batterien und Akkus
• Anregung zur Überlegung, warum Batterien leer gehen