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Batterien

Was steckt eigentlich in einer AA-Batterie — und warum ist sie irgendwann leer?

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Die Batterie als galvanische Zelle

Eine Batterie ist eine galvanische Zelle im Taschenformat: Donator und Akzeptor sind fest eingebaut.

  • Primärelement:galvanische Zelle, die nach dem Entladen nicht wieder aufgeladen werden kann — die Batterie.
  • Minuspol:Zinkpulver als Donator, über einen Messingstift (Ableiter) mit dem Boden verbunden.
  • Pluspol:Mangandioxid \(\ce{MnO2}\) als Akzeptor, mit Graphit für die Leitfähigkeit; außen der Stahlbecher.
  • Elektrolyt:Kalilauge (\(\ce{KOH}\)), eingedickt zu einem Gel — daher „Alkali-Mangan-Zelle“.
  • Separator:poröse Trennschicht; verhindert den Kurzschluss, lässt aber Ionen durch — wie ein Stromschlüssel.
  • Nennspannung:\(1{,}5\,\mathrm{V}\) je Zelle; höhere Spannungen durch Reihenschaltung, z. B. 9-V-Block aus sechs Zellen.
Merke

Batterie: Eine nicht wiederaufladbare galvanische Zelle, in der ein Donator am Minuspol über den Verbraucher Elektronen an einen Akzeptor am Pluspol abgibt.

Schneide die AA-Zelle Schicht für Schicht auf: Ziehe das Messer an der Tiefenskala nach unten (oder Pfeiltasten). Starte dann mit ▶ das Entladen über die Lampe.

Batterie aufschneiden

Halte fest: Innen liegt das Zink (Minuspol), außen das Mangandioxid (Pluspol), getrennt durch den Separator. Beim Entladen wird Zink zu Zinkoxid und MnO2 zu MnO(OH) — sind die Stoffe verbraucht, ist die Batterie leer.

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Was beim Entladen passiert

Beim Entladen reagieren Zink und Mangandioxid, bis einer der beiden Stoffe verbraucht ist.

  • Minuspol (Anode):Oxidation \(\ce{Zn + 2 OH- -> ZnO + H2O + 2 e-}\).
  • Pluspol (Kathode):Reduktion \(\ce{2 MnO2 + 2 H2O + 2 e-}\) \(\ce{-> 2 MnO(OH) + 2 OH-}\).
  • Gesamtreaktion:\(\ce{Zn + 2 MnO2 + H2O}\) \(\ce{-> ZnO + 2 MnO(OH)}\).
  • Oxidationszahlen:Zink von \(0\) nach \(+\mathrm{II}\), Mangan von \(+\mathrm{IV}\) nach \(+\mathrm{III}\).
  • Leer:Sind Zink oder Mangandioxid verbraucht, bricht die Spannung ein; die Batterie gehört in die Sammelbox.
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Allgemeine Hinweise

Batterie ist kein Akku

Eine Batterie darf man nicht aufladen: Die Reaktion lässt sich darin nicht sauber umkehren, die Zelle kann auslaufen oder platzen.

Das unedlere Metall ist Minuspol

Zink steht in der Spannungsreihe weit unten — es gibt die Elektronen ab und bildet deshalb den Minuspol.

Basischer Elektrolyt

In der Alkali-Mangan-Zelle ist Kalilauge der Elektrolyt. In den Teilgleichungen stehen deshalb \(\ce{OH-}\) und \(\ce{H2O}\), nicht \(\ce{H3O+}\).

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