Wie Batterien funktionieren
Eine Menge passiert im Inneren einer Batterie, wenn Sie sie in Ihre Taschenlampe, Fernbedienung oder ein anderes drahtloses Gerät stecken. Während sich die Prozesse, mit denen sie Strom erzeugen, von Batterie zu Batterie geringfügig unterscheiden, bleibt die Grundidee dieselbe.
Wenn eine Last den Stromkreis zwischen den beiden Anschlüssen abschließt, erzeugt die Batterie Strom durch eine Reihe elektromagnetischer Reaktionen zwischen Anode, Kathode und Elektrolyt. Die Anode erfährt eine Oxidationsreaktion, bei der sich zwei oder mehr Ionen (elektrisch geladene Atome oder Moleküle) aus dem Elektrolyten mit der Anode verbinden, eine Verbindung erzeugen und ein oder mehrere Elektronen freisetzen. Gleichzeitig durchläuft die Kathode eine Reduktionsreaktion, bei der sich auch die Kathodensubstanz, Ionen und freie Elektronen zu Verbindungen verbinden. Während diese Aktion kompliziert klingen mag, ist es eigentlich sehr einfach: Die Reaktion in der Anode erzeugt Elektronen, und die Reaktion in der Kathode absorbiert sie. Das Nettoprodukt ist Strom. Die Batterie produziert weiterhin Strom, bis einer oder beiden Elektroden die Substanz ausgeht, die für die Reaktionen erforderlich ist.
Werbung
Moderne Batterien verwenden eine Vielzahl von Chemikalien, um ihre Reaktionen anzutreiben. Übliche Batteriechemikalien umfassen:
- Zink-Kohlenstoff-Batterie: Die Zink-Kohlenstoff-Chemie ist in vielen preiswerten AAA-, AA-, C- und D-Trockenbatterien üblich. Die Anode ist Zink, die Kathode ist Mangandioxid und der Elektrolyt ist Ammoniumchlorid oder Zinkchlorid.
- Alkaline batterie: Diese Chemie ist auch in AA-, C- und D-Trockenbatterien üblich. Die Kathode besteht aus einem Mangandioxidgemisch, während die Anode ein Zinkpulver ist. Es hat seinen Namen von dem Kaliumhydroxid-Elektrolyten, der eine alkalische Substanz ist.
- Lithium-Ionen-Akku (wiederaufladbar): Lithiumchemie wird häufig in Hochleistungsgeräten wie Mobiltelefonen, Digitalkameras und sogar Elektroautos verwendet. Eine Vielzahl von Substanzen wird in Lithiumbatterien verwendet, aber eine übliche Kombination ist eine Lithiumkobaltoxidkathode und eine Kohlenstoffanode.
- Blei-Säure-Batterie (wiederaufladbar): Dies ist die Chemie, die in einer typischen Autobatterie verwendet wird. Die Elektroden bestehen üblicherweise aus Bleidioxid und metallischem Blei, während der Elektrolyt eine Schwefelsäurelösung ist.
Der beste Weg, diese Reaktionen zu verstehen, ist, sie selbst zu sehen. Auf der nächsten Seite finden Sie einige praktische Batterieexperimente.